Способ ультразвуковой очистки

(51)08 3/12 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Ануфриев Леонид Петрович Ланин Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) Способ ультразвуковой очистки изделий в жидких средах, преимущественно полярного типа, путем образования газовых зародышей кавитации в рабочей зоне обработки, отличающийся тем, что через жидкую среду пропускают электрический ток плотностью 10-100 А/м 2 от излучателя ультразвука к изделию либо от изделия к излучателю. 7318 1 2005.09.30 Изобретение относится к ультразвуковым способам обработки в жидких средах и может быть использовано в электронной, электротехнической и приборостроительной промышленности. Известен способ очистки, в котором для повышения его эффективности в моющую жидкость периодически подают газ или легкоиспаряемое вещество, а ультразвуковые колебания вводят в импульсном режиме 1. Недостатком данного способа является то, что перемещение зародышей кавитации в зону обработки затрудняется образованием развитой кавитационной области, являющейся значительным препятствием. Известен способ проведения акустических процессов в жидкости, в котором для расширения технологических возможностей кавитационные зародыши вводят импульсами за счет избыточного давления 2. Это улучшает условия транспортирования акустическими потоками зародышей кавитации в рабочую зону. Недостатком является длительность процесса обработки, связанная с многократным перемещением развитой кавитационной области и зародышей кавитации во время пауз. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ ультразвуковой очистки в жидкости, в котором ее нагрев в зоне обработки осуществляют локально с помощью тепловых труб инфракрасным излучением, пропусканием электрического тока или тока высокой частоты через электропроводные детали в пределах от температуры максимальной кавитационной активности до температуры кипения 3. Кавитационная область располагается непосредственно у очищаемой поверхности, что повышает физико-химическую активность жидкости и скорость очистки. К недостаткам известного способа относится необходимость нагрева жидкости для образования газовых пузырьков, отсутствие транспортировки. зародышей кавитации к обрабатываемой поверхности. Количество образовывающихся зародышей кавитации зависит от температуры нагрева, которую необходимо тщательно контролировать. В основу изобретения положена задача повышения качества и скорости ультразвуковой очистки за счет непрерывного образования зародышей кавитации непосредственно на поверхности обрабатываемого изделия или излучателя, что значительно увеличивает интенсивность кавитационных процессов в зоне обработки. Сущность изобретения заключается в том, что в способе ультразвуковой очистки изделий в жидких средах, преимущественно полярного типа, путем образования газовых зародышей кавитации в рабочей зоне обработки через жидкую среду пропускают электрический ток плотностью 10-100 А/м 2 от излучателя ультразвука к изделию либо от изделия к излучателю. Под действием постоянного электрического тока в направлении от излучателя к изделию в жидкости происходит перемещение ионов водорода, их восстановление в виде газовых пузырьков размером 50-100 мкм, которые являются зародышами кавитации. Непрерывное накопление зародышей кавитации в рабочей зоне и их захлопывание под действием ультразвуковых колебаний увеличивает интенсивность кавитационных процессов, что ускоряет процесс разрушения жировых пленок на поверхности и повышает качество очистки за счет более равномерного распределения зародышей кавитации по всей обрабатываемой поверхности под действием силовых линий тока. При обработке поверхности большой площади и для повышения равномерности обработки минус от внешнего источника подключают к изделию, а плюс - к излучателю. В полярных жидкостях ускоряется миграция ионов водорода к обрабатываемой поверхности. Отдавая положительный заряд, ионы выделяются в виде газовых пузырьков атомарного водорода, являющихся зародышами кавитации. В случае необходимости локальной и более производительной обработки минус от внешнего источника подключают к излучателю ультразвуковых колебаний, а плюс - к из 2 7318 1 2005.09.30 делию. В этом случае ионы водорода устремляются к излучателю, восстанавливаются в виде газовых пузырьков. Вблизи поверхности излучателя ввиду значительных амплитуд колебаний происходит быстрый рост пузырьков до критических размеров и их захлопывание, что сопровождается интенсивными кавитационными явлениями. Величина пропускаемого тока через жидкость зависит от степени ее полярности, размеров обрабатываемого изделия. Наибольшее увеличение кавитационного давления в 2-2,5 раза,измеренного с помощью кавитометра отмечено при плотности тока в диапазоне 10-100 А/м 2. Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый способ ультразвуковой очистки отличается пропусканием через жидкую среду электрического тока плотностью 10-100 А/м 2 от излучателя ультразвука к изделию либо от изделия к излучателю,что вызывает образование зародышей кавитации непосредственно в зоне обработки, за счет чего ускоряется процесс ультразвуковой очистки и повышается качество очистки. Изложенная сущность поясняется чертежами, где приведены схемы реализации способа ультразвуковой очистки для металлических (фиг. 1) и неметаллических изделий (фиг. 2). Очищаемое изделие 1 погружают в жидкость на расстояниеот дна ванны 2 и с помощью провода подключают к одному из полюсов внешнего источника тока 3. Другой полюс источника соединяют с ванной. При подаче электрических колебаний ультразвуковой частоты от генератора на преобразователь 4 в последнем возбуждаются механические колебания амплитудой 1, которые через излучатель 5 диафрагменного типа передаются в ванну. Под действием постоянного электрического тока в направлении от излучателя к изделию в жидкости происходит перемещение ионов водорода, их восстановление, образование газовых зародышей кавитации, что и ускоряет процесс ультразвуковой очистки. На фиг. 2 изображена схема реализации способа для изделий электроники в случае локального ввода ультразвуковых колебаний в ванну. Очищаемое изделие 1 размещается в ванне 2 на расстоянииот рабочего торца излучателя. Неметаллическая ванна 2 имеет в основании отверстие, в котором закреплен излучатель конического типа с помощью уплотнения 6. Контактное кольцо 7 подключается к одному из полюсов источника тока 3, а другой полюс источника соединен с излучателем 5. При возбуждении в преобразователе 4 механических колебаний они усиливаются излучателем до амплитуды 2 и передаются в зону очистки. Интенсивность кавитационных явлений значительно повышается за счет осаждения зародышей кавитации на изделии и локального ввода ультразвуковых колебаний в зону очистки. Выбор плотности электрического тока, пропускаемого через жидкую среду, в диапазоне 10-100 А/м 2 обусловлен необходимостью эффективного перемещения газовых зародышей кавитации в зону очистки и увеличения кавитационного давления при их захлопывании. При плотности тока менее 10 А/м 2 количество перемещаемых ионов водорода недостаточно для ускорения процесса ультразвуковой очистки, при плотности тока более 100 А/м 2 количество зародышей кавитации возрастает в значительной степени, что приводит к их слиянию в более крупные газовые полости, которые при амплитудах колебаний 10-15 мкм не захлопываются, а всплывают на поверхность жидкой среды. Пример 1. Ультразвуковую очистку пластин из алюминия, загрязненных маслом, осуществляли на частоте 191 кГц при амплитуде колебаний 10-12 мкм. Кавитационное давление измеряли на расстоянии , равном 10-15 мм. Электрический ток пропускали от излучателя к изделию через водный раствор. Плотность тока варьировали в пределах 0-100 А/м 2 7318 1 2005.09.30 Таблица 1 Параметры очистки в сравнении с прототипом Плотность Температура в Кавитационное Время очистки при пропускании тока, с тока, А/м 2 рабочей зоне, С давление, Па через деталь через среду 0 20 450 50-60 60 10 20 500 55 50 20 20 550 45 40 40 20 600 40 30 60 20 650 35 20 80 20 700 30 10 100 20 750 20 100 70 30 Кавитационное давление возросло в 1,4-1,7 раз, а время очистки сократилось в 6 раз по сравнению с вариантом отсутствия тока и в 1,5 раза по сравнению с прототипом при плотности тока 100 А/м 2. Пример 2. Ультразвуковая очистка печатных плат, загрязненных остатками флюсов, проводилась в водно-спиртовом растворе на частоте 22 кГц при амплитуде колебаний 15 мкм. Плотность тока варьировалась в диапазоне 10-100 А/м 2, ток пропускался в направлении от изделия к излучателю и наоборот. Очищаемое изделие располагалось на расстоянии 5-7 мм от излучателя. Время очистки при направлении тока от изделия к излучателю сократилось в 5 раз, а при обратном направлении в - 2,5 раза (табл. 2). Таблица 2 Параметры ультразвуковой очистки в зависимости от направления тока Плотность тока, А/м 2 10 20 40 60 80 100 Время очистки при направлении тока, с от изделия к излучателю от излучателя к изделию 50 50 40 45 30 40 20 30 15 25 10 20 Способ ультразвуковой очистки в жидких средах с пропусканием электрического тока плотностью 10-100 А/м 2 в направлении от излучателя ультразвука к изделию либо от изделия к излучателю в 3-6 раза ускоряет процесс очистки за счет непрерывного образования зародышей кавитации в рабочей зоне. Качество очистки улучшается за счет более равномерного распределения зародышей кавитации по всей обрабатываемой поверхности изделия. Способ может быть использован для очистки металлических изделий, печатных и микрополосковых плат, печатных валов, офсетных матриц, изделий электронной техники. Источники информации 1.878374 1, МПК В 08 В 3/12, 1981. 2.900881 1, МПК В 08 В 3/12, 1982. 3.1087217 1, МПК В 08 В 3/12, 1984. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.