金屬表面激光清洗技術的應用研究
1. 激光清洗機不僅除污還能提升抗腐蝕能力
激光清洗技術能克服傳統清洗技術費時費力、有環境污染等缺點,在去除金屬表面污物等方面發揮著重要的作用。此外,還可以進一步控制激光清洗參數,使被清洗的金屬表面發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隨波長的變化趨勢,在λ=916nm-1200 nm時,大多數金屬在此波段的吸收系數較高,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勢,光纖激光器在各方面都彰顯獨特的優勢。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、微觀結構、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,研究發現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。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%的清洗參數下激光清洗銹蝕效果最佳,激光清洗銹蝕表面、微區、線和點處都沒有發現氧元素的存在。只有系統的研究工藝參數,才能形成一套高效的激光清洗體系。
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