超声波是一种机械波,超声波是一种声波。人耳能听到的声波频率范围约为16~20000赫兹,因此频率高于20千赫的声波称为超声波。超声技术的应用一般分为检测超声和功率超声两大类。超声波检测是超声波技术的一种被动应用,如超声波无损检测技术,它利用超声波的特性来采集材料内部的信息;功率超声是超声技术的积极应用,如超声清洗
传统超声清洗的主要机理是超声波在液体介质中传播时的空化效应;当空化泡在这个过程中闭合破裂时,冲击波会在其周围产生数千个大气压的冲击压力,作用在工件表面,破坏不溶性污垢,使其分散在清洗液中;另外,还表现在以下几个方面:
(1)未破碎气体型微泡的振动可以擦洗固体表面。一旦污垢有裂纹要钻,气泡就会钻入裂纹并振动,导致污垢层剥落
(2)空化气泡本身会伴随一系列二阶现象,如辐射扭转。辐射转矩作用于均匀液体中的液体本身,导致液体本身的循环,即声流(streaming)。作用范围是μ M尺度的声流称为微声流,它能使振动气泡的表面处于高速度梯度和粘性应力状态,足以损伤工件表面,使其脱落
(3)超声空化在固液界面产生的高速微射流可以去除或减弱边界污垢层,增加搅拌效果,加速可溶污染物的溶解,从而增强了化学反应的清洗效果
此外,清洗液本身的振动也会大大促进清洗效果。例如,当20kHz和2Wcm2的超声波在清洗液中传播时,会导致颗粒的振动位移为1.32μ m。速度为0.16ms,加速度为2.04ms× 105mS2,声压2.45× 105 Pa,由于工件表面的污垢层每秒受到清洗液20000次的剧烈冲击,正负2.45个大气压,这只是普通行波场的计算结果——事实上,清洗槽更接近混合声场,这将使冲击过程更加强烈
从化学角度看,线材轧制和钢丝热处理过程中形成的磷垢属于高温氧化皮(950)℃ > t>630℃), 主要由FeO、部分Fe3O4和少量Fe2O3组成,由于FeO在H3PO4溶液中的反应速率比Fe3O4和Fe2O3快,所以从内到外依次附着在钢丝表面
,H3PO4穿透磷酸盐皮间隙,以较快的速度溶解Fe2O3和Fe3O4。反应式为:
FeO+2 H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2O

氧化皮底层溶解后,与钢丝的结合力减小,工艺如下

采用磷酸溶液作为超声波清洗介质的另一个原因是磷酸盐具有良好的脱脂效果。超声波清洗槽可同时进行钢丝的除锈和脱脂是其独特的技术特点
综上所述:磷酸溶液的超声波清洗是清洗和促声化学反应的叠加,即,利用超声波能量的物理效应,强化磷酸清洗液与钢丝表面氧化物的化学反应。