超聲波是一種機械波,超聲波是一種聲波。人耳能聽到的聲波頻率范圍約為16~20000赫茲,因此頻率高于20千赫的聲波稱為超聲波。超聲技術的應用一般分為檢測超聲和功率超聲兩大類。超聲波檢測是超聲波技術的一種被動應用,如超聲波無損檢測技術,它利用超聲波的特性來采集材料內部的信息;功率超聲是超聲技術的積極應用,如超聲清洗
傳統超聲清洗的主要機理是超聲波在液體介質中傳播時的空化效應;當空化泡在這個過程中閉合破裂時,沖擊波會在其周圍產生數千個大氣壓的沖擊壓力,作用在工件表面,破壞不溶性污垢,使其分散在清洗液中;另外,還表現在以下幾個方面:
(1)未破碎氣體型微泡的振動可以擦洗固體表面。一旦污垢有裂紋要鉆,氣泡就會鉆入裂紋并振動,導致污垢層剝落
(2)空化氣泡本身會伴隨一系列二階現象,如輻射扭轉。輻射轉矩作用于均勻液體中的液體本身,導致液體本身的循環,即聲流(streaming)。作用范圍是μ M尺度的聲流稱為微聲流,它能使振動氣泡的表面處于高速度梯度和粘性應力狀態,足以損傷工件表面,使其脫落
(3)超聲空化在固液界面產生的高速微射流可以去除或減弱邊界污垢層,增加攪拌效果,加速可溶污染物的溶解,從而增強了化學反應的清洗效果
此外,清洗液本身的振動也會大大促進清洗效果。例如,當20kHz和2Wcm2的超聲波在清洗液中傳播時,會導致顆粒的振動位移為1.32μ m。速度為0.16ms,加速度為2.04ms× 105mS2,聲壓2.45× 105 Pa,由于工件表面的污垢層每秒受到清洗液20000次的劇烈沖擊,正負2.45個大氣壓,這只是普通行波場的計算結果——事實上,清洗槽更接近混合聲場,這將使沖擊過程更加強烈
從化學角度看,線材軋制和鋼絲熱處理過程中形成的磷垢屬于高溫氧化皮(950)℃ > t>630℃), 主要由FeO、部分Fe3O4和少量Fe2O3組成,由于FeO在H3PO4溶液中的反應速率比Fe3O4和Fe2O3快,所以從內到外依次附著在鋼絲表面
,H3PO4穿透磷酸鹽皮間隙,以較快的速度溶解Fe2O3和Fe3O4。反應式為:
FeO+2 H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2O

氧化皮底層溶解后,與鋼絲的結合力減小,工藝如下

采用磷酸溶液作為超聲波清洗介質的另一個原因是磷酸鹽具有良好的脫脂效果。超聲波清洗槽可同時進行鋼絲的除銹和脫脂是其獨特的技術特點
綜上所述:磷酸溶液的超聲波清洗是清洗和促聲化學反應的疊加,即,利用超聲波能量的物理效應,強化磷酸清洗液與鋼絲表面氧化物的化學反應。