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超声波是一种机械波，超声波是声波的一种。人耳能够听到的声波的频率范围在16～20000Hz左右，因此频率高于20kHz的声波称为超声波。通常将超声波技术的应用分为检测超声和功率超声两大类。检测超声是超声技术的被动应用，如利用超声的波动特性采集材料内部信息的超声无损探伤技术；而功率超声则是超声技术的主动应用，如超声波清洗。
常规超声波清洗的主要作用机理，是利用超声波在液体介质中传播时，产生的空化效应；空化气泡在闭和过程中破裂时，形成的冲击波会在周围产生上千大气压的冲击压力，作用在工件表面上破坏不溶性污物并使它们分散在清洗液中；另外还表现在以下几个方面：
（1）不破裂的气体型微气泡的振动对固体表面进行擦洗，污物一旦有缝可钻，气泡还会钻入裂缝中振动，促使污物层被剥离、脱落。
（2）空化气泡本身在振荡过程中，将伴随着一系列二阶现象发生，如辐射扭力。辐射扭力在均匀液体中作用于液体本身，从而导致液体本身的环流，即声流（streaming）。作用范围在μm量级的声流被称为微声流，它可使振动气泡表面处在很高的速度梯度和粘滞应力，足以对工件表面污物造成破坏并使其脱落。
（3）超声空化在固体和液体界面上产生的高速微射流(microjet)能够去除或消弱边界污层，增加搅拌作用，并加快可溶性污物的溶解，从而强化化学反应的清洗作用。
此外，清洗液本身的振动也会极大地促进清洗作用。例如20kHz 、2 W/cm2的超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动位移幅度为1.32μm、速度为0.16m/s、加速度为2.04×105 m/s2、声压为2.45×105 Pa。既工件表面的污物层每秒钟受到清洗液2万次、正负2.45个大气压的猛烈冲击，这还仅是对普通行波场的计算结果——实际上清洗槽中更接近于混声场，其会使这一冲击过程更为激烈。
从化学的角度讲，盘条在轧制、钢丝在热处理过程中形成的磷皮均属于高温氧化皮（950℃﹥T﹥630℃），其成分主要由FeO和部分Fe3O4以及少量Fe2O3组成并由里及表依次附着在钢丝表面。
由于FeO在H3PO4溶液中的反应速度比Fe3O4和Fe2O3快，因而通过磷皮缝隙渗入的H3PO4在溶解Fe2O3和Fe3O4的同时，会以更快的速度溶解磷皮底层的FeO，其反应式如下：
FeO + 2 H3PO4 = Fe（H2PO4）2 + H2O
氧化皮底层溶解后，与钢丝结合力降低，在超声波的作用下，很快被剥离和分散，其作用过程如下
图所示：
采用磷酸溶液作为超声波清洗介质的另一原因缘于磷酸盐良好的脱脂作用。钢丝的除锈、脱脂处理可在超声波清洗槽中同时进行是其独具的技术特点。
综上所述：磷酸溶液超声波清洗是清洗与声促进化学反应的叠加，即利用超声波能的物理作用强化磷酸清洗液与钢丝表面氧化物化学反应的清洗方式。
目前在金属制品行业中，钢丝的清洗工序主要采用强酸（硫酸、盐酸）去除锈蚀、氧化皮，用强碱脱脂的传统清洗方式，其主要问题有三：
（1）强酸清洗造成氢脆及过酸洗等清洗质量问题；
（2）强酸、强碱在生产及废液处理过程中造成严重的环境污染问题；
（3）强酸、强碱清洗方式难以适应钢丝清洗工序向高效率、低综合成本、低环境污染方向发展的趋势。
因此，传统清洗方式越来越难以满足生产技术进步和社会日益增强的环保需求。磷酸溶液超声波清洗技术解决了这一难题。
磷酸超声波清洗有如下技术特点：
（1）清洗质量高：磷酸溶液超声波清洗的主要作用机理是化学反应加超声剥离，其清洗液配方中的缓蚀剂对磷酸与钢丝反应的抑制作用不但确保了良好的清洗效果而且不会产生氢脆和过酸洗等清洗质量问题。
（2）高效节能：磷酸溶液超声波清洗可同时除锈、脱脂且其清洗速度大大高于传统盐酸、硫酸清洗速度，因而清洗效率高。磷酸溶液超声波清洗的电装容量仅为硫酸电解酸洗的二分之一，因而能耗较硫酸电解酸洗低。
（3）低污染：磷酸是一种中强酸，挥发性极低，因而磷酸溶液超声波清洗过程中没有传统酸洗方式伴随的严重酸气污染问题。目前清洗液中磷酸的回收利用率可达85%以上，配置压滤机后理论上仅清洗后的冲洗废水须处理（废清洗液再生、压滤后固体废物排出存放、液体复用），排放废水经Ca(OH)2中和后很容易达到污水排放标准，因而采用磷酸溶液超声波清洗污染量很低。
（4）便于操作：实践证明，超声波清洗液中工业磷酸浓度由10%—20%变化时清洗效果基本相同，因而其工艺范围宽、便于现场操作管理。
（5）综合成本低环境效益好：使用磷酸溶液超声波清洗现场环境无酸气，不腐蚀厂房和设备，排放废水处理费用低，处理后等级高，不污染地表水和地下水。
现以2000年投产的24线热处理后展开式磷酸溶液超声波清洗设备为例介绍如下：
磷酸清洗液的配方见表1。
目前适宜金属制品行业中使用的磷酸溶液超声波清洗设备有单线型超声波清洗设备与多线型超声波清洗设备两大类，前者用于对单根或双根热轧盘条进行拉拔加工前的表面清洗；后者用于对多根钢丝进行拉拔加工前或镀层加工前的表面清洗。其产品规格与用途见表4 。
超声波清洗特别适宜对成品钢丝加工前的原料进行清洗。
环保观念、生产成本、相关技术是三个制约在金属制品行业推广超声波清洗技术的主要原因，其中生产成本与环保观念密切相关。
由于磷酸溶液清洗工艺及超声波清洗设备制作技术的突破，生产成本会逐步降得更低，而且其中已包含了回收费用且未计潜在收益（如提高设备、厂房使用年限的实际收益；保护环境带来的社会收益等），应当讲：这对于年产量大于5000吨、产品利润率大于5%的规模生产厂家是不难接受的。认为“生产成本高”往往是由于陷入低价位——甚至保本低价位竞争的大多数金属制品行业生产厂家在应对激烈的市场竞争中不计污染损失、不计环保费用所致。目前这种“低生产成本”似乎无可厚非，然而其毕竟是以损害健康、破坏环境为代价的。相信随着观念的转变，会有更多的企业接受这项健康、清洁、环保的清洗技术。
根据已经采用超声波综合处理技术的厂家所提供数据，超声波清洗技术给金属制品行业带来的实际效益，远远超出超声波设备的投资。主要表现在以下几个方面：
（1）以热镀锌钢丝为例，采用超声波综合处理技术后由于清洗质量提高，镀锌层更均匀，锌渣减少，可以节省锌的消耗5～15%。
（2）由于镀层均匀，锌层结合力增加，对于镀锌后再次拉拔的情况脱锌率可以减少20～90%。
（3）采用超声波综合处理技术后生产设备、厂房不受腐蚀，生产环境质量提高，设备、厂房日常维护费用大大降低，使用寿命大大延长。
（4）采用超声波综合处理技术后生产线长度缩短，减少占地面积，特别是新建设项目还可以节约厂房建设投资。
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一、产品性质
本品由特殊类型醇醚合成的新型绿色多功能无泡表面活性剂。与各种表面活性剂、助剂、添加剂、溶剂配伍性好。耐强酸、强碱、脱脂力强，适用于配制各种工业及民用无泡清洗剂。
二、产品特点
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外观：无色至淡黄色透明液体
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