Ultrazvukové čištění je metoda čištění povrchu pevných látek v mycích kapalinách, při které se do kapaliny tak či onak zavádějí ultrazvukové vibrace. Použití ultrazvuku většinou výrazně urychlí proces čištění a zlepší jeho kvalitu. Kromě toho je v mnoha případech možné nahradit hořlavá a toxická rozpouštědla bezpečnějšími čisticími prostředky, aniž by došlo ke snížení kvality čištění.
Ultrazvukové čištění se používá v mnoha průmyslových odvětvích [1] , při opravách strojů a mechanismů, ve šperkařství a restaurování, v lékařství, v běžném životě [2] , atd.
K čištění dochází v důsledku kombinovaného působení různých nelineárních efektů, které se vyskytují v kapalině působením silných ultrazvukových vibrací. Tyto efekty jsou: kavitace , akustické proudy , akustický tlak , zvukový kapilární efekt , z nichž rozhodující roli hraje kavitace. Kavitační bubliny, pulzující a kolabující v blízkosti znečištění, je ničí. Tento efekt je známý jako kavitační eroze .
U ultrazvukového čištění je důležitá správná volba čisticího roztoku, aby účinně rozpouštěl nebo emulgoval nečistoty a zároveň co nejvíce neovlivňoval čištěný povrch. Posledně jmenovaná okolnost je obzvláště důležitá, protože ultrazvuk obvykle výrazně urychluje fyzikální a chemické procesy v kapalinách a agresivní detergent může rychle poškodit povrch.
Ultrazvukové čištění by se nemělo používat, pokud je odolnost čištěného povrchu vůči kavitaci menší než odolnost vůči znečištění. Například při odstraňování lepivých filmů z hliníkových dílů je vysoká pravděpodobnost zničení samotných dílů.
Z hlediska ultrazvukového čištění se kontaminace vyznačuje třemi znaky:
Nečistoty odolné proti kavitaci jsou vhodné k čištění ultrazvukem pouze tehdy, pokud jsou slabě vázány na povrch nebo interagují s čisticím roztokem. Jedná se o mastné nečistoty, které se dobře perou v mírně alkalických roztocích. Laky nebo nátěry, okují, oxidové filmy jsou obvykle odolné proti kavitaci a dobře přilnou k povrchu. Pro ultrazvukové čištění těchto nečistot jsou zapotřebí spíše agresivní roztoky, protože zde může působit pouze třetí z uvedených znaků.
Kavitačně nestabilní nečistoty (prach, porézní organické látky, korozní produkty) lze poměrně snadno odstranit i bez použití speciálních roztoků.
Při ultrazvukovém čištění se jako mycí kapalina používá jak obyčejná voda, tak vodné roztoky detergentů a organických rozpouštědel. Výběr prostředku je dán typem znečištění a vlastnostmi čištěného povrchu (viz výše).
Pro čištění ultrazvukem potřebujete nádobu s čisticím roztokem a zdroj mechanických vibrací ultrazvukové frekvence, tzv. ultrazvukový zářič . Povrch ultrazvukového měniče , tělo nádoby a dokonce i čištěná část mohou fungovat jako zářič . V posledně uvedených případech je ultrazvukový měnič připevněn k tělu nebo k obrobku.
Ultrazvukový měnič převádí elektrické vibrace na něj působící na mechanické vibrace stejné frekvence. Většina instalací používá frekvence od 18 do 44 kHz s intenzitou oscilace 0,5 až 10 W/cm². Horní hranice frekvenčního rozsahu je způsobena mechanismem tvorby a destrukce kavitačních bublin: při velmi vysoké frekvenci nemají bubliny čas splasknout, což snižuje mikrošokový efekt kavitace.
Převodníky mohou být magnetostrikční nebo piezokeramické . První jmenované se vyznačují větší velikostí a hmotností, výrazně nižší účinností , umožňují však dosáhnout vysokého výkonu, v řádu několika kilowattů. Piezokeramické měniče jsou kompaktnější, lehčí, ekonomičtější, ale jejich výkon zpravidla není tak velký - až několik set wattů. Takový výkon je však dostačující pro velkou většinu aplikací, vzhledem k tomu, že ve velkých instalacích se používá několik zářičů najednou.
Nejznámějšími zařízeními jsou ultrazvukové vany , instalace speciálně navržené pro ultrazvukové čištění. Snímače v takových vanách jsou zpravidla buď zabudovány do otvorů v pouzdře, nebo připevněny k pouzdru, což z něj činí radiátor, nebo jsou umístěny uvnitř jako samostatné moduly. Každá metoda má své výhody a nevýhody.
Samostatné moduly ultrazvukových měničů (zářičů) lze zabudovat do výrobních linek, kde je požadováno rychlé a kvalitní čištění. Dělají to například pro průběžné čištění válcovaného kovu a drátu v různých fázích jejich výroby a použití.
Známé snímače jsou vyráběny ve formě malých ručních nástrojů pro přesné čištění složitých povrchů.