摘要：乾冰噴射是通過液態二氧化碳的高壓膨脹和載氣流加速後產生的。 塗層的去除機理與表面上汙染顆粒的去除機理沒有太大區別。 Hutchings公式定量描述了塗層的去除。 從圖中獲得的兩個參數用於預測去除速率或單位質量二氧化碳去除的具體塗層面積。 它們的值也增強了實驗數據的可靠性，並使實驗誤差得到糾正。 用各種不同的距離或噴嘴長度值獲得的Hutchings圖顯然在一個獨特的點上滿足，在這個點上，通過聚焦乾冰與壓縮空氣進行清理。
關鍵詞：乾冰噴射原理，塗層去除率，塗層比去除面積，乾冰清洗
1.介紹
清潔過程是通過使用各種物理方法或化學方法去除沉積在表面上的雜質的過程。還有就是教材和必備產品在幾乎每一個行業的應用，以保證後續工序的順利進行，為內部生產保持最好產品的質量[1]。三種常規氯（三氯乙烯，氯氟烴），以及水作為替代材料（鹼型，中性型），遵從為本（烴系），溶劑型（醇，酯類，烴類）清潔工作有很多環境問題。因此，化學清潔劑的替代清潔方法的發展已在各個領域積極推行[2]。這是乾冰清洗之一正在成為清潔生產工藝技術，該技術可以從根本上降低汙染物的產生，同時具備環保特性。這種技術許多來源即：灰塵，噪聲，油有毒化學溶劑，顆粒不會在所有這樣的洗滌廢物和環境影響產生排氣不乾淨，相對於常規的化學和機械清洗方法這是一項綠色技術。通過節流閥膨脹高壓液態二氧化碳在乾冰清洗中，載氣為加速噴嘴的流率 - 表示清潔速率和三個常數項的長度由噴嘴控制基板間距離，乾冰的分散體所代表的焦點係數β的值現在可以系統地檢查對清洗的影響。並且知道，厚膜的表面特性之中清潔目標是可衡量厚膜老化程度。
2.理論與實驗
2.1爆破性能的量化 - Hutchings方程
如果爆破衝擊與空氣表面塗層施加到所用塗層的表面，使得剝離得到所謂的疤痕半徑r完全剝離暴露的表面，用於塗層的底部。隨著使用的爆破介質的質量增加，該半徑增加。
哈欽斯方程
從這個角度來看，這項研究深入探索了基於更實際但理論基礎的量化清潔率的方法。我們使用了由Hutchings等人開發的等式。這種方法可以具有側視圖展示哈欽斯公式的可行性，可以明確對比化學洗滌劑與乾冰清潔的清潔速率。通過這個公式得出，其中，h是從噴嘴前端部到基片的距離，m為質量，以除去噴射噴砂介質QC的半徑r需要乾冰的瘢痕臨界質量，β是在乾冰LA聚焦係數的傳播。此值是噴嘴與板的距離h。但現在是獨立的數值，噴嘴形式（長度，半徑和表面粗糙度等），顆粒的類型，改變所述粒子的速度。在這個方程中，可以得到一個未知的數量通過測量eojin L的瘢痕半徑為一條直線的對數值施加到與顆粒的總重量m增加截距（I）的QC 。β可以通過等式計算。
二氧化碳虹吸室可以提供液態二氧化碳液體供應氣缸和載氣N2尼康為了將本方案應用於乾冰，需要配備一個儲罐。 CO2氣瓶的液態二氧化碳封存量為20千克，氣瓶壓力為50至55千克力/平方釐米。儲罐的液態二氧化碳的存儲量壓力維持在160㎏67㎏f/，在最大16㎏f/汽化液體N2可以是常壓。（老化）將二氧化碳轉化為乾冰這是。 CO2和N2，由於費率f根本不受影響，即使計算所使用的碳量，β值的含義也不會被破壞。因此，在本研究中，m被計算為（1）中從氣缸消耗的液態二氧化碳的總質量M.嚴格地說，m和M由轉換率f決定m=fM和（1）等式通過加熱管與特別設計的噴嘴混合，將其排出噴嘴。內壁絕緣管和N 2氣體相和CO 2被認為是垃圾氣體。蒸發在貯存罐的CO 2被提取作為液體CO2鋼瓶直至在噴嘴狀態的絕熱膨脹。 N2的流量通過使用流量計的Dewyer（RMB-180L，800L RMC-）。
2.2實驗
（1）實驗裝置
N2（載氣）+ CO2（清洗源）
乾冰顆粒清洗。
（2）噴射強度的測量
通過使用應變儀直接測量乾冰噴射的衝擊應力，該應變儀根據載氣流量和所使用的二氧化碳量獲得。
（3）汙染底物的製備和清洗實驗
鋁薄膜1.5㎜在這個實驗中使用基材膜的厚度（210㎜* 300㎜）漆型銀粉末塗料（化學品，商標登記號52 355，下一個部分稱塗料d d）I 30㎝從在通常的噴塗法和Li的基板噴灑4到5秒。 Boilyu和醇酸樹脂塗料（油漆SAMHWA有限公司，型號名稱; SB-P-18，稱為前向塗料小號d）型銀粉末塗料膜，將它們在室溫下乾燥30小時以除去溶劑並獲得牢固的膜。通過塗層測厚儀測量沉積膜的厚度（Elcometer Instruments Ltd.，A456FNFBS1），用乾冰清洗衝擊後的薄膜表面用表面織構測量儀（東京精密公司）隨時間推移掃描。使用具有BS EN ISO [國際標準組織] 2409，ASTM [美國測試和材料協會] D3359-B的107 Cross Hatch Cutter（Elcometer Instruments Ltd.）測試膜的粘合強度與該方法結合使用觀察清潔過程另一方面，通過使用金相顯微鏡（Nikon，Eclipse Me 600）觀察由粒子射流損壞的膜的形狀來跟蹤膜去除機理，獲得了重要信息。洗滌速率的量化實驗在實驗中，在給定條件下以5秒間隔測量瘢痕半徑r，根據瘢痕形成速率調整時間。此時，在薄膜和基板各噴射的冷卻停止時測量，所以意外的變化在每個樣品以5,10和15秒的間隔分別獲得，儘管這很繁瑣。計算該文件獲得LN m和r之間的關係，得到的聚焦係數β，由質量QC和二氧化碳的剝離，從中獲得傾斜度和部分單位面積塗層所需的粒子的噴嘴特性。使用的工藝參數是流率，用於質量流量的載氣噴嘴的長度，二氧化碳的加速（在這種情況下，突馳機電科技 用於製造公司的噴嘴材料，半徑是固定的），噴嘴 - 基板間距離（間隔距離）要清潔徹底。（由工藝參數引起的噪音），塗膜的厚度以及膜的老化程度。我們定量和系統地研究了這些對Qc和β的影響，並著重從客觀角度研究了乾冰清洗的特點和清洗速度的量化，可見和可比數據。使用去除的膜面積的半徑，即瘢痕的半徑，來確定偏離球體時的最長和最短直徑的幾何平均值。在實驗中，當觀察到一個變量效應時，其他變量是固定的，只有變量被改變。
3.結果和審查
3.1汙染塗層的表徵
主漆膜在20,30,40,60,100處測試漆膜的厚度分布在20μm的平均值處具有±3μm的誤差，並且僅在±1μm內的膜面積用於清潔實驗。在ASTM標準中，乾冰能夠有效地去除「3B」或更多的塗層。
3.2塗層觀察
圖2顯示了剖面儀的使用
圖2.100μm塗層薄膜受乾冰噴射影響的厚度分布隨著時間的變化。
第一排 - （L）5s; （R）10s; 第二排 - （L）15s;
（R）20s; 第三排 - （L）25s; （R）30s
乾冰噴射對每小時的影響
厚膜的橫截面圖。正如預期的那樣，它開始從中心劃傷並蔓延到外圍，並且可以從中心到疤痕半徑進行測量。為了準確描述塗層狀況，所使用的表面層厚度為100μm，比標準條件厚。
3.3過程變量的影響
（1）二氧化碳供應率的影響
首先，檢查通過針閥的二氧化碳供應率對來自汽缸的清潔能力的影響。圖3是用金相顯微鏡去除塗層S的照片，根據二氧化碳在30秒的衝擊過程中的流速，該金相顯微鏡更加堅固。隨著時間的推移，刺激的表面變得明顯，並且隨著表面開始龜裂，它開始形成大裂縫和小裂縫，可以看出它已被清除。在低乾冰流量情況下，面積很小，但數值變大
圖3. 30s後不同CO2供應速率下20μm塗層S上受影響區域的顯微照片。
（上）從左到右; 6.05克/分鐘;
15.1克/分鐘; 30.3克/分鐘;
（下）從左到右; 45.4克/分鐘;
60.5克/分鐘; 75.6克/分鐘。
記錄部件數量增加。因此，表面層通過逐層清洗與一般化學清洗不同，乾冰清洗中的刺激裂紋形成 ，裂紋出現便可除去厚膜。
（2）載氣流量的影響
淨化後的空氣上形成流動和通過測量噴射氣流的清潔速率用於加速乾冰，加速的流速影響所觀察到的乾冰的衝擊應力通過哈欽斯公式檢查。目視觀察氣溶膠的稀釋現象，因為載氣的流量增加。顯示乾冰噴射的衝擊應力變化作為載氣流量的參數，同時改變二氧化碳的質量供應速率。取決於參數，可以獲得0.05至0.55Kg / stress的應力，並且該值隨著載氣流速的增加而增加。但是，二氧化碳流量的影響在80L / min時穩定地增加，當二氧化碳的流量超過90L / min時，衝擊應力稍微降低。這可以通過金相顯微鏡照片來確認。
圖4. CO2供應速率對作為載氣流速參數的衝擊應力的影響。
圖5.不同載氣流速下疤痕半徑與CO2供應質量對數據對比曲線。
二氧化碳的流動是通過與載氣的流率過大時，粒子的乾冰碰撞。圖5是繪製的疤痕半徑相對於總二氧化碳質量（以m為單位），載氣流速的參數表示。這個圖中有趣的是，每條直線顯示的載氣流速變化幾乎相同。這意味著聚焦係數β的值不隨載氣的流量而改變。當噴嘴的長度固定時，其並不遵循總體趨勢，即隨著載氣的流量增加，羽流的擴展減小。即噴嘴是表示當基片距離超出了70升/分鐘和在殼體中的流量固定的載氣上升至3㎝，來進一步增加超過不能給在聚焦沒有影響，或粒子的射流傳播的結果。然而，由於切片不同，剝離單位面積的塗層所需的臨界二氧化碳的質量Qc變化。圖6顯示實際斜率和切片值隨著載氣的流量而變化。那當載體氣體在70L / min到660Kg /㎡的流速增加到100L / min時，剝離單位面積塗層所需的二氧化碳消耗迅速下降到40kg /，表明隨著氣體流量的增加，它會敏感地下降。 這是因為載氣流量的增加不會影響擴散，但是它會增加乾冰粒子的加速度並增加實際影響。
圖6.載氣流量對去除塗層單位面積所需的CO2質量的影響。 （a）載氣流量; （b）距離; （c）噴嘴長度。
圖7.針對不同間距的瘢痕半徑與液態CO2質量的關係。
（a）線條如給定的那樣倒退; （b）線條回歸到68.29。
3）噴嘴與基材之間的距離的影響
無論噴嘴與基板之間的距離如何，來自噴嘴的羽流的擴散都將是恆定的並且不會影響聚焦係數β，但預計會影響臨界CO2消耗量Qc。 這導致與趨勢中載氣的流動效應相同的效果。 可以看出，衝擊應力隨著噴嘴與基底之間的距離的增加而減小，這是由於擴散引起衝擊力的減小。圖7（a）顯示，疤痕半徑r由Hutchins方程繪製為ln m，並且在該條件下獲得了一條直線。 可以看出，斜率是不同的。 一個奇怪的現象是，這個圖中的所有直線都通過了一個點。 這一點當在中心供應較低的二氧化碳質量時，噴嘴與基板距離越近，疤痕半徑越大，但在此點以上觀察到相反的趨勢。 這是因為距離越近，羽流的擴散程度越小，二氧化碳的強度越大，首先可以獲得更大的疤痕尺寸，但是在形成一些疤痕後， 更廣泛的反映了清洗的困難。 另一方面，如果距離長，如果二氧化碳的供應量小，則不能形成疤痕，但是如果加入足夠的二氧化碳，相反，蔓延越大，疤痕面積越大。但是，在本研究的條件下，當二氧化碳的使用量為0.0161kg時，疤痕尺寸為0.0181μm，原因目前尚不清楚，但標準條件（噴嘴直徑3mm， 長度為10cm），被稱為「X點」。據估計，這是在用該噴嘴剝離塗膜時應用的唯一值。 無論噴嘴和基板之間的距離如何，0.0161kg都可以達到0.0181μm的疤痕半徑。當用單個噴嘴剝離比該疤痕半徑大的面積時，希望增加噴嘴和基板之間的距離 當你脫下一個較小的區域時，你越接近越好
在圖6中，基於這些結果，還顯示了距離二氧化碳臨界質量Qc的影響。 隨著距離的增加，它表現出與比率的密切關係，通過擴展減小的衝擊速度與距離的平方成反比，但由於上述有利因素，判斷。 另一方面，噴嘴到基板的距離不應該影響聚焦係數β的值
如噴嘴與基板的距離不同時
噴嘴與基板的距離為1,2,3,5時，焦距因子增加，稍微變化為54.64,67.56,68.19，為了證實這一點，將有最多實驗數據的標準條件，即當距離為3cm時獲得的β值原樣應用於其他距離，並且將斜率設置為h /β。該配件顯示回歸結果不相等。可以再次確認已經在距離關係中獲得的數據的可靠性。該圖表明，雖然X點的存在與前一圖相比並不清晰，但可以看出，四條直線在類似點上相遇，並且以前的結果可以在沒有重大修改的情況下被接受。
（4）噴嘴長度的影響
隨著噴嘴長度的增加，可以看到疤痕的半徑同時變大（當使用相同的二氧化碳）。其中各直線的，但在兩個不同的斜率和截距沒有在圖片中表達，也表示出了噴嘴朝向一個點作為基材的作用。二氧化碳，其與範圍內的區域中使用，即在實驗仍進一步確認噴嘴的長度，以獲得一個更大的疤痕區域。如果它低於這個點X，用長噴嘴進行表面清潔被認為是重要的。如果噴嘴的長度不可避免地短於裝置的結構，則可以通過使用更多的二氧化碳或通過如上所述移動噴嘴來移動超過x點。
圖8.不同噴嘴長度的瘢痕半徑與CO2供應質量的關係
結果表明，剝離面積為1 m 2的相應塗層膜所需的最小離散像素進給質量值與噴嘴長度成反比。噴嘴長度與清潔速度之間關係原因之一。由於結塊，乾冰顆粒的尺寸大於長冰刀片的尺寸，但到目前為止，這種關係不太可能因此而改變。更根本的因素是乾冰與離開噴嘴傳播確定噴嘴長度較長逐漸多了抑制幹顆粒的直窄快流速，這也是根本的原因。根據圖8中噴嘴長度的聚焦係數β的變化可以很好地解釋這一點。換句話說，正如預期的那樣，反映了根據噴嘴長度減少羽流擴散的效果，表明聚焦係數逐漸增加。
3.5目標底物的可變效應
（1）塗層厚度的影響
到目前為止，所有變量都是與影響發生前上遊工藝條件有關的變量。 接下來，我們來看看變量對衝擊塗層的影響。 首先，我們首先檢查塗層厚度的影響。 塗層的厚度是射流的下遊與使射流無影響的情況不同，完全不影響聚焦係數β的值。 這是通過噴嘴噴射乾冰之後的可變元件之一，這已經在噴嘴與基板之間的距離中得到確認，這對噴霧液滴羽流的擴散沒有影響。 圖9顯示了疤痕半徑如何受不同的厚度，塗層實驗中注入二氧化碳質量對數值的影響。 但是，可以看出，隨著塗層厚度的增加，初始值顯著偏離線性，表面損傷，裂縫的產生等。它表明它與地板露出後的不同。 此外，由於我們確信β的值本次是恆定的，而不是直接回歸，因為我們的數據量很少，所以我們試圖通過將傾斜設置為大多數數據的標準條件來歸納。 結果在同一圖中以直線顯示，但似乎在獲得線性方面沒有太大困難。
圖9.去除塗層單位面積所需的二氧化碳質量。
圖10.去除塗層單位面積所需的CO2質量。
這裡得到的Qc值如圖3所示。 在圖片中還繪製了直接獲得的沒有斜率假設的Qc值。 這兩個值之間沒有顯著差異，這表明β值是恆定假設的有效性。
（2）塗層老化的影響通常，塗層會隨著時間的長短，變得越來越堅硬。 即根據塗層經過時間在相同條件下進行實驗，根據塗布時間的不同，這種現象可能會有很大不同。 正如之前所預測的那樣，塗層的時間以及塗層的厚度，將不會影響清洗的價值。Qc的結果如表1所示，其中β的常數值是相同斜率的結果。 然而，隨著塗層老化，Qc值顯著增加。當使用30cm噴嘴時，每個數據的線性度和兩個數據的平行度在低二氧化碳質量值，有一個完全不同的效果。 其中之一是30小時30天的數據間隔小於其他數據的間隔。 這是30cm噴嘴具有非常強的清潔能力。因此，即使進行老化，可以看出通過30cm的長噴嘴進行清潔仍具有相當大的清除能力。 另一方面，如果使用大量的二氧化碳，30小時後的塗層幾乎沒有疤痕半徑的增加，即除去完成。這也是30Cm噴嘴可以通過噴嘴的強去汙力和老化塗層的特性來解釋。 也就是說，使用30釐米噴嘴，老化較少相對容易清潔，因此如果預先增加疤痕半徑並且半徑充分增加，則半徑不會再增加。 但是，與先前的普通情況一樣，舊的從中心剝離，並且當邊緣老化長時間老化時，預先準備好裂紋或撕裂以用於先前裂紋的細微衝擊。如上所述，根據塗層的特性，如果老化和塗覆深度的影響與乾冰噴射的影響不同，則如果已知流量的性能，便意味著它可以是一個非常好的技術。 因此，如果數據可以根據塗層的性質而積累更多，則可以使用乾冰噴射來清洗塗層性能。
4.結論
通過這項研究發現，乾冰清洗的清潔力對衝擊力要求最大。首先會刮擦汙染物表面並將其破裂，去除汙染物，揭示與一般化學洗滌不同的路徑。通過這項研究，我們可以將清潔能力表示為Qc，其表示清潔1平方米的Huchings型洗滌區域所需的乾冰質量kg和代表光束或羽流濃度的無量綱數，即聚焦係數β。該結果不僅可以用於乾冰清潔方法，而且可以直接與其他清潔方法的清潔速度進行比較。作為實驗的結果，發現二氧化碳的供應速率不受Qc和聚焦係數β的影響。此外，Qc隨著噴嘴長度的增加而減小，噴嘴 - 基板距離增加，並且隨著載氣流量增加，塗層厚度增加。另一方面，在該實驗中聚焦係數β不受輸送氣體流量的影響，但預計影響實際流量。這個值只有在氣溶膠射流的形狀達到噴嘴尖端時才會改變，而不是在定義了羽流的下遊。因此，薄膜厚度和薄膜老化之間沒有關係，只有噴嘴 - 基體距離和噴嘴之間沒有關係我知道這與長度有關。 有人建議，這種方法可以通過Qc和β這種相互矛盾的交叉檢驗關係來分析膜的特性。 另一方面，在噴嘴長度和噴嘴 - 基板距離等Hutchings圖（r對ln m）中，斜率不同，在直線相交於不同的值的情況下， 會見的趨勢被發現。 我們不知道為什麼我們只會遇到毒性問題，但我們認為交叉的原因在於這些變量存在增加和抑制影響區域（疤痕區域）的趨勢，這在操作中非常重要。
致謝
這項研究得到了煙臺突馳機電科技有限公司研究基金的支持
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