Az ultrahangos tisztítás a mosófolyadékban lévő szilárd anyagok felületének tisztítására szolgáló módszer, amelynek során ilyen vagy olyan módon ultrahangos rezgéseket vezetnek be a folyadékba. Az ultrahang használata általában jelentősen felgyorsítja a tisztítási folyamatot és javítja annak minőségét. Emellett sok esetben lehetőség van a gyúlékony és mérgező oldószerek biztonságosabb mosószerekkel való helyettesítésére a tisztítás minőségének romlása nélkül.
Az ultrahangos tisztítást számos iparágban alkalmazzák [1] , gépek és mechanizmusok javításában, ékszergyártásban és restaurálásban, az orvostudományban, a mindennapi életben [2] , stb.
A tisztítás a folyadékban erős ultrahangos rezgések hatására fellépő különféle nemlineáris hatások együttes hatása miatt következik be. Ezek a hatások: kavitáció , akusztikus áramlatok , hangnyomás , hangkapilláris hatás , amelyekben a kavitáció döntő szerepet játszik. A szennyezés közelében lüktető és összeomló kavitációs buborékok elpusztítják őket. Ezt a hatást kavitációs eróziónak nevezik .
Az ultrahangos tisztításnál fontos a tisztítóoldat helyes megválasztása, hogy az hatékonyan oldja vagy emulgeálja a szennyeződéseket, ugyanakkor lehetőleg ne befolyásolja a tisztítandó felületet. Ez utóbbi körülmény különösen fontos, mivel az ultrahang általában jelentősen felgyorsítja a folyadékok fizikai és kémiai folyamatait, és az agresszív mosószer gyorsan károsíthatja a felületet.
Az ultrahangos tisztítást nem szabad alkalmazni, ha a tisztítandó felület kavitációs ellenállása kisebb, mint a szennyeződés ellenállása. Például, amikor eltávolítja a ragadós fóliákat az alumínium alkatrészekről, nagy a valószínűsége, hogy maguk az alkatrészek megsemmisülnek.
Az ultrahangos tisztítás szempontjából a szennyeződést három jel különbözteti meg:
A kavitációnak ellenálló szennyeződések csak akkor alkalmasak ultrahangos tisztításra, ha gyengén kötődnek a felülethez vagy kölcsönhatásba lépnek a tisztítóoldattal. Ezek zsíros szennyeződések, amelyeket enyhén lúgos oldatokban jól mosnak. A lakk- vagy festékbevonatok, vízkő, oxidfilmek általában ellenállnak a kavitációnak és jól tapadnak a felülethez. Az ilyen szennyeződések ultrahangos tisztításához meglehetősen agresszív megoldásokra van szükség, mert itt a felsorolt jelek közül csak a harmada tud hatni.
A kavitációsan instabil szennyeződések (por, porózus szerves anyagok, korróziós termékek) speciális megoldások alkalmazása nélkül is viszonylag könnyen eltávolíthatók.
Az ultrahangos tisztítás során mosófolyadékként sima vizet és tisztítószerek és szerves oldószerek vizes oldatait egyaránt használják. A szer megválasztását a szennyeződés típusa és a tisztítandó felület tulajdonságai határozzák meg (lásd fent).
Az ultrahangos tisztításhoz egy tartályra van szüksége tisztítóoldattal és ultrahangfrekvenciás mechanikai rezgések forrásával, úgynevezett ultrahangos emitterrel . Az ultrahangos jelátalakító felülete , a tartály teste, sőt még a tisztítandó rész is kibocsátóként működhet . Ez utóbbi esetekben az ultrahangos jelátalakítót a testhez, illetve a munkadarabhoz rögzítik.
Az ultrahangos jelátalakító a rá kifejtett elektromos rezgéseket azonos frekvenciájú mechanikai rezgésekké alakítja. A legtöbb berendezés 18 és 44 kHz közötti frekvenciát használ, 0,5 és 10 W/cm² közötti rezgési intenzitással. A frekvenciatartomány felső határa a kavitációs buborékok kialakulásának és elpusztításának mechanizmusából adódik: nagyon magas frekvenciánál a buborékoknak nincs idejük összeomlani, ami csökkenti a kavitáció mikrosokk hatását.
Az átalakítók lehetnek magnetostrikciós vagy piezokerámiák . Az előbbieket nagyobb méretük és tömegük, jelentősen alacsonyabb hatásfok jellemzi, azonban lehetővé teszik nagy teljesítmény elérését, több kilowatt nagyságrendben. A piezokerámia átalakítók kompaktabbak, könnyebbek, gazdaságosabbak, de teljesítményük általában nem olyan nagy - akár több száz watt is. Ez a teljesítmény azonban az alkalmazások túlnyomó többségéhez elegendő, mivel a nagy létesítményekben egyszerre több kibocsátót használnak.
A legismertebb készülékek az ultrahangos fürdők , kifejezetten ultrahangos tisztításra tervezett berendezések. Az ilyen fürdőkben lévő jelátalakítókat általában vagy a házba épített lyukakba építik, vagy a házhoz rögzítik, így radiátorrá alakítják, vagy külön modulként helyezik el. Mindegyik módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai.
Az ultrahangos jelátalakítók (emitterek) külön moduljai beépíthetők olyan gyártósorokba, ahol gyors és minőségi tisztítás szükséges. Így például hengerelt fém és huzal folyamatos tisztítására teszik ezt a gyártás és használat különböző szakaszaiban.
Az ismert átalakítók kis kéziszerszámok formájában készülnek összetett felületek precíz tisztítására.