超声波水浴

0 引 言 自从Brenner和Riddell于1944。年第二次世界大战期间，首次进行了化学镀实验后，化学镀作为一项工业应用技术已经有很长一段历史了。化学镀层应用于金属材料表面改性处理有独特的优点，引起了表面处理工作者的极大兴趣。据报道，只要预处理适当，几乎所有金属材料都能镀覆结合力良好的化学镀层。近年来，化学镀作为一项表面处理手段越来越显示出重要的作用。化学镀的不断发展，归结于该技术具有良好的工艺性、镀层独特的物理、化学和机械性能。降低镀液温度、进一步改善性能或使材料的表面功能化是化学镀的发展趋势。 传统化学镀工艺的能量输入主要为水浴加热，人们为了能够使化学镀的沉积速度更快，施镀温度更低，镀层性能更优，采用了多种能量输入方式，如在化学镀中加入超声波或电脉冲，或者在室温下，利用激光束的照射使镀液局部升温达到化学镀的引发温度，可实现光照区化学镀，镀速可提高几个数量级，而且镀层性能明显改善。其中，超声波辅助化学镀研究得较为广泛，取得的成果也较为显著。随着超声波在化学领域及其它材料表面处理技术中的成功应用，作为一种特殊的能量输入形式，越来越引起各国研究人员的重视。文中阐述了超声波化学镀的特点、超声波在化学镀中的作用机理以及超声波对化学镀的沉积速度、镀层性能等方面的影响，总结了国内外在超声波化学镀方面的研究进展。

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超声波的清洗作用是一个十分复杂的过程，在这里只做一简单介绍。超声波作用包括超声波本身具有的能量作用，空穴破坏时放出的能量作用以及超声波对媒液的搅拌流动作用等。1超声波的能量作用：超声波具有很高的能量，它在传媒液体中传播时，把能量传递给传媒质点，传媒质点再将能量传递到清洗对象物表面并造成污垢解离分散。声波是一种纵波，即传媒质点的振动方向与波的传播方向一致。在纵波传播过程中，传媒质点运动造成质点分布不匀，出现疏密不同的区域，在质点分布稀疏区域声波形成负声压，在分布致密区域声波形成正声压，并形成负声压、正声压的交替连续变化，这种变化不仅使传媒质点获得一定动能而且获得一定加速度。高频超声波的能量作用是异常巨大的。在具有能量的传媒质点与污垢粒子相互作用时，把能量传递给污垢并造成它们的解离分散。2空穴破坏时释放的能量作用：超声波与通常声波一样在媒液中传播是直线运动方式。运动速度与媒液有关，在不同媒液中传播速度不同，超声波的频率比通常的声波频率高，所以波长短，能量高。在媒液中直线前进的超声波，到达与其它物质的界面时，要发生透射和反射运动，发生透射与反射的程度是由构成界面物质的声阻抗率决定的，声阻抗率是传声媒质某一给定表面的声压与质点速度之比。各种传声媒质都有固定的声阻抗率。当超声波行进到声阻抗率相差很大的两种媒质的界面时，主要发生反射，而在声阻抗率相近的两种媒质的界面上主要发生透射。如当超声波行进到水－空气界面时，由于空气密度远小于水，因此声阻抗率也相差较远，所以此时声波主要发生反射；同样超声波行进到水－钢铁界面时，由于两种媒质之间声阻抗率相差很大，所以主要也发生反射。而当超声波行进到水－塑料界面时，由于两种媒质之间声阻抗率相近，所以超声波主要发生透射。反射回来的超声波与前进中的超声波合成后，当每一点的位相差保持稳定不变时，发生共振，而在某些固定位置上相互叠加而加强，媒液在这些位置上容易产生空穴。由于超声波以正压和负压重复交替变化的方式向前传播，负压时在媒液中造成微小的真空洞穴，这时溶解在媒液中的气体会很快进入空穴并形成气泡；而在正压阶段，空穴气泡被绝热压缩，最后被压破，在气泡破裂的瞬间对空穴周围会形成巨大的冲击，使空穴附近的液体或固体都会受到上千个大气压的高压。放出巨大的能量。这种现象在低频率范围的超声波领域激烈地产生。当空穴突然爆破时，能把物体表面的污垢薄膜击破而达到去污的目的。当使用的超声波频率在28～100khz范围内时，超声波的几种作用都存在。而空穴消失过程产生的巨大压力作用十分突出。当使用的超声波频率在特高频率范围时，超声波的作用主要是其本身巨大的能量作用，并不产生空穴，但这种巨大的能量对细微污垢的去除清洗作用很大。另外超声波不仅有帮助媒液加快溶解污垢的作用，而且也起到搅拌作用，使媒液发生运动，新鲜媒液不断作用于污垢加速溶解。所以超声波强大的冲击力如果作用发挥适当的话，可促使顽固附着的污垢解离，而且清洗力不均匀的情况得以避免。但由于超声波使用过程中存在对清洗对象造成损伤的可能性，所以当清洗对象很脆弱的情况不宜采用超声波清洗。洗涤媒液的选择超声波清洗都是以一定的液体作为媒质的条件下进行的，选择媒液是以能充分发挥超声波的作用达到去污目的为原则的。由于水是产生空穴效果最好的液体，通常用清水作媒液，用量不很大，也不需要采用喷射或搅拌的方法来使水剧烈流动。但由于清水对油性污垢的分散解离能力较差，因此实际上常采用表面活性剂或酸碱水溶液作超声波清洗的媒液。由于各种亲水性或亲油性有机溶剂产生空穴效果的能力比水差，所以如果用这些有机溶剂作媒液，实际上要靠它们对污垢的溶解分散能力作补充才能有效地去除污垢。而且有机溶剂往往存在易然、易爆和有毒的问题，因此通常总是用水作媒液。用超声波清洗应注意的问题在一定条件下用超声波清洗才能过得较好效果，因此需要注意以下问题。1克服空穴产生的不均匀性：前已述及空穴是沿着最大声压带不均匀地产生的。当清洗对象在洗液中处于静置状态时，就会由于空穴产生的不均匀造成清洗的不均匀现象。通常为克服这种现象的发生，常采用以下方法：①移动清洗对象：当清洗对象在洗槽中移动时，空穴能较均匀地作用于对象的表面，最常用的方法是让清洗对象发生旋转，当物体位于空穴最大声压带垂直相交的平面上清洗效果比较专一。②改变洗液深度：当洗槽液面上下变动时，空穴最大声压带的位置也发生相应变化可以克服不均匀性。③形成矩形波形：把几种不同波长的超声波合成在一起，所产生的超声驻波，最大声压带范围扩大，可以克服不均性。④防止共振波的生成：如果使液面与清洗对象表面不相互垂直，可防止在清洗对象表面发生受迫振动并形成共振波。这样，一方面可减少清洗不匀，同时也可避免清洗对象损伤。2克服由于超声波被反射而造成的效果不均匀性：当超声波反射发生在清洗对象内侧的表面，金属管道的内表面，金属物品深陷处的凹面以及碰到金属网做的清洗物容器时，都会妨碍超声波的透过而造成超声波作用的不均匀，这是超声波清洗中常出现的问题。3空穴作用造成的清洗对象的损伤：空穴作用有可能使清洗对象损伤，性能变得脆弱。另外，在用超声波处理锐利的刀具的刀刃、电子机械上用的极薄的金属片时，由于空穴作用造成破损的事情是经常发生的，而且是频率越低的超声波空穴作用强度越大。因此在使用超声波清洗时，对清洗对象的形状、材料的性质都要考虑到。只有选择适当的超声波频率，采用适当的使用方法才能取得好的清洗效果。