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金屬表面激光清洗技術(shù)的應用研究

浪起激光2020-04-2997551

1. 激光清洗機不僅除污還能提升抗腐蝕能力

激光清洗技術(shù)能克服傳統(tǒng)清洗技術(shù)費時費力、有環(huán)境污染等缺點,在去除金屬表面污物等方面發(fā)揮著重要的作用。此外,還可以進一步控制激光清洗參數(shù),使被清洗的金屬表面發(fā)生化學反應并形成一層幾微米厚的保護層能防止金屬進一步銹蝕,采用激光清洗技術(shù)去污,可以使金屬器件的抗腐蝕能力提高3到4倍。

2. 選對激光器類型和波長對清洗效果具有重要影響

如圖2為各種金屬吸收系數(shù)隨波長的變化趨勢,在λ=916nm-1200 nm時,大多數(shù)金屬在此波段的吸收系數(shù)較高,有機物對此波段的激光吸收也相對較為強烈。正因如此,在吸收率上,綜合各方面的對比優(yōu)勢,光纖激光器在各方面都彰顯獨特的優(yōu)勢。有機污層吸收激光強烈,有機污層的溫度迅速上升到蒸發(fā)點氣化,從而達到不損傷基底而清除污染層的目的。然后確定激光清洗的能量閾值,激光清洗的能量閾值將決定激光清洗的效果。選擇合適的激光清洗能量閾值需要綜合考慮材料的性能、微觀結(jié)構(gòu)、形貌缺陷以及激光的波長和脈寬等作用要素的影響。

3.合適的激光入射角度使清洗效果事半功倍

當激光以一定的傾斜角度入射時,激光直接輻射在粘附顆粒的下方,產(chǎn)生更高的熱彈性應力,與垂直入射相比,污染物更容易被清除。此外,研究發(fā)現(xiàn)隨著傾斜角度的增加,激光輻射面積更加寬廣(見圖4),當傾斜的角度為20度時,被清洗區(qū)域的面積約為垂直入射時的10倍,有效地提高了激光清洗的效率。4. 正確的離焦量提升激光清洗效果

不同離焦量,清洗的機制也會不同。在正離焦的時候清洗是表面物質(zhì)爆破碎裂機制,而在離焦量變大的時候,漆層的移除是從碎裂變成汽化的。圖6(2)中的紅框,在離焦量實驗中,在清洗處周圍會有灰塵,這明顯是漆層燃燒的剩下的灰燼。而在6(1)中用的是碎裂原理,則沒有灰燼。


為最優(yōu)化金屬表面激光清洗的效果,需要綜合考慮激光清洗方法、清洗模型、激光器的類型、激光器的波長、能量密度、功率、脈沖頻率、脈沖時間以及激光的入射角度等工藝參數(shù)。如表1,脈沖激光能夠有效清洗碳鋼表面的銹蝕,當波長為1064nm、激光功率為500W、脈沖頻率為10kHz、脈沖寬度為120ns,清洗速度為60mm/s、搭接率為5%的清洗參數(shù)下激光清洗銹蝕效果最佳,激光清洗銹蝕表面、微區(qū)、線和點處都沒有發(fā)現(xiàn)氧元素的存在。只有系統(tǒng)的研究工藝參數(shù),才能形成一套高效的激光清洗體系。









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