了解真空循环成核过程

目前许多工业表面金属或复合材料处理操作，如清洗、钝化和蚀刻，都受到化学物质从大块流体到零件表面的传质过程的限制。

在零件的表面存在一层独特的流体，称为传质边界层，化学物质的浓度和速度明显低于远离表面的整体溶液。为了增强化学物质通过传质边界层的可转移性，需要进行整体流体搅拌(尽可能减少边界层)和/或增加化学物质浓度。

但由于边界层的存在，传质阻力大多发生在边界层;用于将处理化学品对流转移到或离开表面的流体速度在固体表面附近和表面迅速下降。在这个边界层内，由于依赖于分子传递机制，而不是在体积流体区域遇到的更快速的涡流传递机制，传质速率减慢。

由于传质速率在靠近表面处减慢，有效成分化学浓度的快速变化就发生在这个边界层上。图1显示了表面化学反应的典型浓度分布图，因此显示了表面浓度为零。

虽然这个例子中的边界层只有1密耳，但浓度变化的80%发生在1密耳厚的边界层上。体积浓度的增加使边界层内的浓度线性增加。减小边界层厚度会缩短到表面的阻力路径的长度。

减少总压强

真空循环成核(VCN)过程是通过降低受控环境室中的总压力来完成的，该室包含(淹没在溶剂或水溶液中)要清洗的部件。降低的压力导致零件表面形成蒸汽气泡，很像沸腾的水的内表面形成的气泡。通常，气泡形成的成核位置是在有缺陷、裂缝或外来颗粒物质存在的地方。用真空泵连续抽真空室产生固体表面稳定的气泡形成;脉冲也可用于表面传质。

与传统方法减少表面附近的流体边界层不同，VCN气泡在固体表面成核，并在该边界层内生长，进而破坏边界层。这些气泡的增长机制导致边界层流体(包含从表面移除的产品化学品或物质)向整体流体的运动;当气泡变得足够大时，它会从表面脱离，并产生大量流体流回表面区域。

这种类型的强迫对流传质已经被证明是一个数量级的强比喷射或超声搅动。体积溶液中低浓度的化学物质被带到成核位置，作为一种短暂的“高”浓度的化学物质，有助于表面传质活性;因此，VCN中使用的任何化学物质的浓度总是保持在比典型的表面制备方法低得多的浓度。图2显示了这种现象的一个例子，在原液中存在低浓度的化学物质。随着气泡的形成和释放，化学物质被对流带到表面，导致表面的化学物质浓度更高。

通常在医疗设备行业中发现的复杂部件有腔或凹槽，涉及更复杂的边界层问题，需要更多的体积流体搅拌和更高的化学浓度才能达到预期的结果。超声波用于穿透小凹窝区域。问题是超声波只能作用于靠近表面的凹陷处，而内部表面永远看不到超声波气泡。扩散到深凹处的过程极其缓慢，而且很少完成彻底的清洁或表面处理。不满意的表面处理，高产品废品率，长时间的加工和增加的责任风险可能导致昂贵的产品。

致密区域是VCN汽泡生长的理想成核点。高的比表面积和流体体积比以及没有自然对流冷却成核区域有助于有效气泡的生长。蒸汽气泡迫使流体从零件的内部结构，当施加压力时，新的散装流体进入零件。真空和压力循环去除污染物或提供处理内表面的新鲜化学品。

清洗医用钢管

VCN目前被用于从小管腔不锈钢医用管(例如皮下注射针)的内表面水清洁制造流体和碎片。这种高容量装置有两个清洗室，由一个清洗供应槽，一个冲洗槽和一个真空泵支持。该工艺清洗、漂洗和真空干燥成组的医用导管。

另一个外勤单位正在使用VCN清洗医用植入物中的敏感电子元件。电子网络区域狭窄;超声波会损坏小的电气连接。VCN在网络内生长蒸汽气泡，相对于超声波气泡内爆要温和得多。通过更快更好的清洗，消除了对敏感电子器件的损坏。

VCN已经使用多年，用于清洁色谱成分的制造抛光化合物的面积小到6毫升使用水溶液。VCN工艺消除了用超声波清洗零件的高废率。

当孔洞或通道很深或有大纵横比时，大面积也会有问题。用固体壁屏蔽的区域可以减弱强制对流方法或超声波，并防止处理流体化学的任何渗透。VCN可以将流体膨胀到其体积的5倍，从而在这些内部区域喷射出大量流体。蒸汽的膨胀产生冲洗零件内部所需的搅拌，循环过程保证了新鲜散装流体的快速周转，以保证一个完整和均匀的过程。

该设备已经在现场运行了一年多，用于移除3D打印部件上的填充物。在3%的水溶液中，根据部件的复杂程度，通常需要数日去除填料的部件在10分钟到4小时内即可清洗。

的应用范围

VCN过程在溶剂系统和水系统中同样有效。目前，该领域的一种溶剂系统是清洗紧卷铜、铝丝网上的机加工油。筛网有一个3到4密耳的小网孔，绕成3英尺长，直径8到10英寸的卷。溶剂渗入滤网，当真空被拉起时，溶剂蒸汽膨胀，迫使液体通过滤网并流出到散装液体中。施加压力使网孔充满新鲜的溶剂。用两秒的时间循环四分钟，就可以清洗网格。这些卷被清洗，然后真空干燥。溶剂采用车载真空蒸馏回收。

VCN正被用于一系列的应用，并不断扩展到更多的应用。应用领域包括小管和大管、精密电子、3D打印部件、关键清洁仪器、多孔材料、医疗设备等。加工包括清洗、表面处理、蚀刻、涂层、阳极氧化、消毒、钝化等。将VCN与超声波相结合可以满足当今大多数清洁和表面准备的要求。

当在水溶液中使用时，VCN工艺通常需要较低浓度的清洗液。在溶剂应用中，VCN可以与真空溶剂管理过程相结合，以达到最高的环境和安全标准。