Ulasonic tozalagichlari yarimo'tkazgichli gofretlarni, optik qismlarni va tibbiy asboblarni nozik tozalashda keng qo'llaniladi. Haroratni nazorat qilish uchun ultratovushli tozalagichni PFA suvga cho'mdiruvchi isitgich bilan birlashtirish ma'lum nosozlik mexanizmini yaratadi: kavitatsiya{1}}PFA qobig'ining eroziyasi. Ultrasonik transduserlar shiddat bilan portlovchi mikroskopik vakuum pufakchalarini hosil qiladi, bu esa 1000 bardan ortiq mahalliy bosim va qulash nuqtasida 5000 darajaga yetadigan haroratni keltirib chiqaradi. Ushbu portlashlar PFA yuzasidan 1-2 mm masofada sodir bo'lganda, zarba to'lqini charchoq yorilishi va materialni olib tashlash orqali polimerni emiradi. 40 kHz chastotadan yuqori bo'lsa, kavitatsiya qabariq hajmi kamayadi, lekin soniyada portlashlar soni keskin ortadi. Yuqori chastotali va mos keladigan PFA tabiatining kombinatsiyasi ultratovushsiz xizmatda minglab soatlar bilan solishtirganda-odatda 100–500 ish soati ichida sirtning tez chuqurlashishi, devorning ingichkalashi va natijada teshilishi-ga olib keladi.
PFAdagi kavitatsiyaning shikastlanish mexanizmi
Polimerlarning kavitatsion shikastlanishi metall eroziyasidan farq qiladi. Metalllarda kavitatsiya materialni plastik deformatsiya va charchoq sinishi orqali olib tashlaydi. PFAda pastki modul (po'lat uchun 600 MPa va . 200 GPa) polimerga elastik deformatsiya orqali biroz zarba energiyasini yutishga imkon beradi. Shu bilan birga, 40 kHz (sekundiga 40 000 tsikl) dan yuqori chastotalarda takroriy kavitatsiya portlashlari polimerning impulslar orasida tiklanish qobiliyatidan yuqori tezlikda sirt qatlamining tsiklik yuklanishiga olib keladi. Sirtda chuqurlarga birlashadigan mikro yoriqlar paydo bo'ladi. Har bir chuqur chuqur tubida zarba to'lqini jamlanganda bosqichma-bosqich chuqurlashadi. Asosan sirtdan vazn yo'qotishini ko'rsatishi mumkin bo'lgan metallardan farqli o'laroq, PFA chuqurlari tezda ichkariga tarqaladi, chunki polimer boshlanganidan keyin yoriqlar tarqalishiga nisbatan kamroq qarshilik ko'rsatadi. Ultrasonik tozalagichlardan ishlamay qolgan PFA isitgichlarining elektron mikroskopiyasi 200–500 soatdan so‘ng 0,5–1,5 mm chuqurlik chuqurligini ko‘rsatadi{16}}odatiy 1,5–2,0 mm devor qalinligini buzish uchun etarli.
Tez shikastlanish uchun chastota chegarasi taxminan 40 kHz. 40 kHz dan past (odatiy diapazon 20–40 kHz) kavitatsiya pufakchalari kattaroq (diametri 50–200 mkm) va yuqori individual energiya bilan, lekin takrorlanish tezligi pastroq bo'ladi. PFA 20-40 kHz ultratovushli xizmatda 2000-5000 soat davomida faqat sirt qo'polligi va mayda chuqurchalar (0,1-0,3 mm chuqurlik) bilan omon qolishi mumkin. 40 kHz dan yuqori (umumiy chastotalar: 68 kHz, 80 kHz, 120 kHz, 170 kHz) qabariq hajmi 10-50 mkm gacha kamayadi, lekin portlash chastotasi mutanosib ravishda ortadi. Kichikroq pufakchalar PFA yuzasiga yaqinroq yorilib ketadi, chunki ular sirt kamchiliklarida tezroq hosil bo'ladi. Yuqori portlash tezligi (80 kHz chastotada sekundiga 80 000) polimer vaqtini ta'sirlar orasida bo'shashishiga imkon bermaydi, bu esa tezlashtirilgan charchoq etishmovchiligiga olib keladi.
Chastotasi-bog'liq zarar stavkalari
| Ultrasonik chastota | Yiqilish paytidagi odatdagi qabariq hajmi | Birinchi ko'rinadigan chuqurchaga qadar vaqt (devor 1,5 mm) | Teshilish vaqti (devor 1,5 mm) | PFA isitgichlari uchun tavsiya etiladimi? |
|---|---|---|---|---|
| 20 kHz (standart tozalash) | 100–200 µm | 500-1000 soat | 2000-5000 soat | Deting va tekshirish bilan qabul qilinadi |
| 25 kHz | 80–150 µm | 400-800 soat | 1500-3500 soat | Vaqti-vaqti bilan xizmat ko'rsatish uchun qabul qilinadi |
| 28 kHz | 70–130 µm | 350-700 soat | 1200-3000 soat | marginal; oylik tekshirish |
| 35 kHz | 50–100 µm | 250-500 soat | 800-2000 soat | Uzluksiz ishlash uchun tavsiya etilmaydi |
| 40 kHz (eshik) | 40–80 µm | 150-300 soat | 500-1200 soat | Agar isitgich himoyalanmagan bo'lsa, undan qoching |
| 68 kHz | 20–50 µm | 50-150 soat | 150-500 soat | Hech qachon foydalanmang |
| 80 kHz | 15–40 µm | 30-100 soat | 100-300 soat | Hech qachon foydalanmang |
| 120 kHz (yuqori-chastota aniq tozalash) | 10–30 µm | 20-60 soat | 50-150 soat | Hech qachon foydalanmang |
| 170 kHz (gofretni tozalash) | 8–20 µm | 10-40 soat | 30-100 soat | Hech qachon foydalanmang |
| 200–400 kHz (mega{2}}tovushli,-kavitatsiyalanmagan) | Kavitatsiya yo'q (faqat akustik oqim) | Piting yo'q | Piting yo'q | Xavfsiz (ushbu chastotalarda kavitatsiya yo'q) |
Yuqori chastotadagi fizik mexanizmlar
40 kHz dan yuqori bo'lgan ikkita effekt PFA shikastlanishini tezlashtiradi. Birinchisi, inertial kavitatsiyadan (kuchli pufakchalar qulashi) ba'zan "barqaror kavitatsiya" yoki "yuqori{2}}chastotali kavitatsiya" deb ataladigan holatga o'tish, bu erda pufakchalar tebranadi, lekin hali ham yuzalar yaqinida qulab tushadi. Yiqilish bosimi yuqori bo'lib qolmoqda (100-1000 bar), lekin qulash yuzaga ancha yaqinroq sodir bo'ladi, chunki pufakchalar kichikroq va sirt nuqsonlarida osonroq yadrolanadi. Ikkinchi ta'sir - "yostiqli qatlam" ning qisqarishi. Pastki chastotalarda PFA yuzasi biroz zarba energiyasini o'zlashtirish uchun elastik deformatsiyalanishi mumkin. 40 kHz dan yuqori chastotalarda portlashlar orasidagi vaqt (80 kHzda 12,5 mikrosoniya) polimerning bo'shashish vaqtidan qisqaroq (xona haroratida PFA uchun taxminan 50-100 mikrosoniya). Sirt doimiy stress holatida qoladi va elastik energiya tarqalish o'rniga to'planadi. Ushbu to'planish charchoqning buzilishi rejimiga olib keladi, bu erda sirt yirtilib ketgunga qadar tobora mosroq bo'ladi.
Mega{0}}tovush chastotalarida (200 kHz dan bir necha MGts gacha) kavitatsiya sodir bo'lmaydi, chunki akustik bosim aylanishlari pufakchalar yadrolanishi va o'sishi uchun juda tezdir. Buning o'rniga akustik oqim (suyuqlikning ommaviy harakati) ustunlik qiladi. Mega{4}}tovushli tozalagichlar PFA isitgichlari uchun xavfsizdir, lekin ular odatda past chastotali tozalash vositalariga (moy va ifloslantiruvchi moddalarni tozalash) nisbatan turli xil ilovalar (gofretlardan zarrachalarni olib tashlash) uchun ishlatiladi.
Kerakli ultratovush xizmati uchun yumshatish strategiyalari
40 kHz dan yuqori ultratovushli tozalash zarur bo'lsa, lekin kimyoviy muvofiqligi uchun PFA isitgichi afzal bo'lsa, to'rtta yumshatish strategiyasidan foydalanish mumkin. Birinchidan, isitgichni ultratovush maydoniga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qilmaydigan alohida kameraga yoki quyqaga o'rnating. Tozalash eritmasini nasos bilan isitgich kamerasi orqali aylantiring; oqim kavitatsiya ta'sirisiz isitishni ta'minlaydi. Ikkinchidan, PFA isitgichi atrofida teshikli metall qalqon (2-3 mm teshiklari bo'lgan zanglamaydigan po'latdan, 50% ochiq maydon) foydalaning. Qalqon polimerga yetib borguncha kavitatsiya energiyasini yutadi. Qalqon elektr bilan erga ulangan bo'lishi va kontaktning aşınmasına yo'l qo'ymaslik uchun PFA yuzasidan kamida 5 mm masofada joylashgan bo'lishi kerak. Uchinchidan, ultratovushli tozalagichni faqat isitgich quvvati oʻchirilgan-da ishlating. Jarayonni ketma-ket bajaring: ultratovush o'chirilgan holda PFA isitgichi yordamida vannani haroratgacha qizdiring, keyin isitgichni o'chiring va tozalash uchun ultratovushni yoqing. Ushbu yondashuv kavitatsiya shikastlanishini yo'q qiladi, chunki isitgich ultratovush ta'sirida ishlamaydi (garchi passiv PFA hali ham eroziyani boshdan kechiradi). To'rtinchidan, agar tozalash dasturi imkon bersa, 40-80 kHz o'rniga past chastotali ultratovushli tozalagichni (20-35 kHz) tanlang. Tozalash samaradorligi chastotalar orasida farq qiladi, lekin ko'p ilovalar uchun 28 kHz qabul qilinadigan PFA chidamliligi bilan etarli tozalashni ta'minlaydi.
Xulosa: 40 kHz dan yuqori ultratovushli tozalagichlar bilan PFA isitgichlarini hech qachon ishlatmang
PFA isitgichlarini hech qachon 40 kHz dan yuqori ishlaydigan ultratovush tozalagichlar bilan ishlatmaslik kerak, chunki yuqori chastotali kavitatsiya odatda 100–500 soat ichida yuzaning tez chuqurlashishiga va devorlarning teshilishiga olib keladi. 68 kHz, 80 kHz va 120 kHz kabi chastotalarda pufakchaning kichik o'lchami va yuqori portlash chastotasi PFA ning zarbalar orasidagi tiklanish qobiliyatidan oshib ketadigan kümülatif charchoq shikastlanishini keltirib chiqaradi. 20–40 kHz chastotada ultratovushli tozalash uchun PFA isitgichlaridan ehtiyotkorlik bilan foydalanish mumkin,-2000–5000 soat ishlashni kutadi-ammo chuqurchalar uchun muntazam vizual tekshirish (oylik) talab etiladi. Har qanday ultratovushli dastur uchun eng xavfsiz yondashuv PFA isitgichini ultratovush maydonidan alohida aylanma kamera orqali izolyatsiya qilishdir. 200 kHz dan yuqori mega{19}}tovush chastotalari xavfsizdir, chunki ular kavitatsiya hosil qilmaydi. Haroratni nazorat qilish bilan ultratovushli tozalash uchun uskunani belgilaydigan muhandislar yoki 40 kHz dan past bo'lgan isitgich chastotasini tanlashlari, isitgichni izolyatsiya qilishlari yoki kavitatsiya eroziyasiga PFAga qaraganda yaxshiroq qarshilik ko'rsatadigan metall isitgichni (titan yoki zanglamaydigan po'lat) tanlashlari kerak. Yagona rezervuarli ultratovushli isitish moslamasining qulayligi-PFAning to'satdan ishdan chiqishi, suyuqlikning ifloslanishi va elektr toki bilan bog'liq xavf-xatarlarga arzimaydi.
