本文中國(guó)鑄造網(wǎng)小編超對(duì)聲波清洗在電鍍金剛石鉆頭預(yù)處理中的應(yīng)用做簡(jiǎn)單的分析介紹。
低溫電鍍金剛石鉆頭技術(shù)已被越來(lái)越多地應(yīng)用在鉆頭制造中。金剛石鉆頭的性能很大程度上取決于聯(lián)接金剛石和剛體的胎體鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭受到扭、壓、彎等多種作用，工作狀態(tài)極其復(fù)雜。在電鍍金剛石鉆頭工藝中，胎體與剛體的連接強(qiáng)度很大程度上決定于預(yù)處理工藝中剛體表面清洗的潔凈程度，高清潔度的剛體表面可保證剛體與胎體間有良好的聯(lián)接力。如連接強(qiáng)度達(dá)不到要求，會(huì)使胎體從剛體上脫離，導(dǎo)致整個(gè)鉆頭報(bào)廢。生產(chǎn)中往往要經(jīng)過(guò)若干道預(yù)處理清洗工序，但效果仍不盡如意，成為影響鉆頭質(zhì)量的瓶頸。
超聲波清洗：超聲波清洗作為一種物理清洗，對(duì)于像金屬這樣質(zhì)地硬、聲阻抗大(即聲反射強(qiáng))的材料清洗效果較好。在電鍍金剛石鉆頭的預(yù)處理工藝中使用超聲波清洗技術(shù)可收到很好的效果。電鍍金剛石鉆頭預(yù)處理中的主要對(duì)象是：剛體表面的毛刺、型砂、油污以及氧化皮和銹蝕產(chǎn)物。超聲波屬于精清洗，主要處理對(duì)象是油污和氧化皮。
超聲波的空化作用：超聲波在介質(zhì)中以疏密波的形式傳播。當(dāng)一定頻率的超聲波通過(guò)液體時(shí)，超聲波稀疏階段和稠密階段產(chǎn)生的壓強(qiáng)大于水的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在水中產(chǎn)生了“空化核”，表現(xiàn)為小氣泡。小氣泡與超聲波發(fā)生共振，在超聲波的稀疏階段，小氣泡膨脹變大;在稠密階段，小氣泡被壓縮，直至崩潰。小氣泡被突然壓縮時(shí)，周?chē)后w以極大速度來(lái)填充空穴，附近的液體或固體都受到巨大壓力，即空化作用。空化作用及其附帶作用是超聲波清洗的主要作用機(jī)理，其中附帶作用包括振蕩產(chǎn)生的二階現(xiàn)象等。
超聲波除氧化皮：鉆頭剛體常采用45號(hào)碳素鋼管。碳素鋼加工時(shí)會(huì)形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的氧化皮，從外至內(nèi)有Fe3O4和FeO三層。占氧化皮90% 的FeO質(zhì)地疏松，保護(hù)作用較弱。Fez03有兩種形式： 一Fez03在常溫下形成，為立方結(jié)構(gòu)，一般機(jī)械處理方法就可去除;a—Fez03在400~C以上形成，為菱形六面體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密，可防止基體進(jìn)一步氧化。Fe3O4由FeO和Fez03組成。超聲波的主要清除對(duì)象是a—Fe203。常用去除a—Fez03的方法是酸性浸蝕，但無(wú)法達(dá)到很好的效果。下面討論超聲波和酸陛浸蝕的聯(lián)合作用。
超聲波去除氧化皮是在物理和化學(xué)聯(lián)合作用下的結(jié)果。物理作用主要有：
(1)沖擊震蕩作用：小氣泡在巨大的壓力下膨脹壓縮，必然會(huì)沖擊剛體表面的油污。在聲場(chǎng)中，媒質(zhì)受聲波作用所產(chǎn)生的最大沖擊震蕩加速度Amax為：
(2)疲勞作用：超聲波在很短的時(shí)間里就會(huì)對(duì)剛體表面進(jìn)行一次沖擊。常見(jiàn)的金屬疲勞強(qiáng)度是其設(shè)計(jì)強(qiáng)度的10% ～20% ，氧化皮在超聲波反復(fù)地沖擊下，會(huì)出現(xiàn)疲勞破裂。
(3)環(huán)流作用：空化氣泡本身在振蕩過(guò)程中將伴隨著一系列二階現(xiàn)象發(fā)生(如輻射扭力)。輻射扭力在均勻液體中作用于液體本身，導(dǎo)致液體本身的環(huán)流(稱(chēng)之為聲流)。它可使振動(dòng)氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力下，這種應(yīng)力在兆帕數(shù)量級(jí)，足以破壞剛體氧化皮導(dǎo)致其脫落。
超聲波清洗氧化皮是與酸性條件聯(lián)合作用的。超聲波強(qiáng)大的沖擊振蕩作用使剛體表面的氧化皮變得疏松、脫落，使浸蝕液能及時(shí)滲透到氧化皮內(nèi)層進(jìn)行反應(yīng)。浸蝕液沖破了Fez03的阻擋，就會(huì)迅速滲過(guò)并不致密的FeO層與基體接觸，產(chǎn)生的氫氣會(huì)從氧化膜內(nèi)部逸出，對(duì)氧化皮有機(jī)械頂裂和剝落作用。另外超聲波還起著高速攪拌浸蝕液的作用，使處于剛體表面上已失效的浸蝕液離開(kāi)剛體表面，而使有效浸蝕液及時(shí)補(bǔ)充到剛體表面與氧化皮反應(yīng)。
2.3 超聲波除油機(jī)理
超聲波除油機(jī)理包括化學(xué)機(jī)理和物理機(jī)理?；瘜W(xué)機(jī)理是采用水溶性的金屬清洗劑，主要靠表面活性劑的作用，降低表面張力，對(duì)各種污垢產(chǎn)生滲透、乳化、增溶、分散、卷離、溶解等作用。物理機(jī)理是利用超聲波能夠強(qiáng)化表面活性劑的化學(xué)作用。
(1)乳化作用：空化作用中產(chǎn)生的沖擊振蕩力促使油污以極小的粒子分散滲透到清洗液分子間，形成乳狀液，加速了油污的乳化作用。
(2)分散作用：空化作用中產(chǎn)生的高溫效應(yīng)(液體摩擦金屬表面和空化氣泡收縮產(chǎn)生的熱量)和振蕩作用把油污以極小微粒分散到清洗液中形成懸浮體，有助于油污微細(xì)地?cái)U(kuò)散于清洗劑中，加速了清除過(guò)程，防止脫離零件表面的污物重新附著在零件上。超聲波的空化作用及其產(chǎn)生的機(jī)械、熱學(xué)效應(yīng)，使得無(wú)論在液體之問(wèn)、固體之間還是在固液界面、氣液界面都形成了新的物質(zhì)特性，在不同程度上增大了表面活性劑的化學(xué)作用。
3 超聲波清洗工藝
超聲波清洗設(shè)備主要由超聲波發(fā)生器、換能器和超聲波清洗槽組成。超聲波發(fā)生器作為換能器的功率源，為整個(gè)系統(tǒng)提供電磁振蕩能量;換能器將發(fā)生器產(chǎn)生的電能(電磁振蕩)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(超聲波振動(dòng));清洗槽用于盛放清洗液和懸掛工件。超聲波清洗的基本方式是槽內(nèi)清洗，即工件浸入盛有清洗劑的清洗槽內(nèi)，超聲波發(fā)生器通過(guò)換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)由清洗槽底部或清洗槽側(cè)壁(或底部和側(cè)壁兼有)輻射至清洗液內(nèi)，進(jìn)行超聲波清洗。中國(guó)鑄造網(wǎng)小編推薦大家登錄中國(guó)鑄造網(wǎng)技術(shù)文獻(xiàn)頻道查看更多鑄造知識(shí)。
