金属表面激光清洗技术的应用研究

浪起激光2020-04-2996975

1. 激光清洗机不仅除污还能提升抗腐蚀能力

激光清洗技术能克服传统清洗技术费时费力、有环境污染等缺点,在去除金属表面污物等方面发挥着重要的作用。此外,还可以进一步控制激光清洗参数,使被清洗的金属表面发生化学反应并形成一层几微米厚的保护层能防止金属进一步锈蚀,采用激光清洗技术去污,可以使金属器件的抗腐蚀能力提高3到4倍。

2. 选对激光器类型和波长对清洗效果具有重要影响

如图2为各种金属吸收系数随波长的变化趋势,在λ=916nm-1200 nm时,大多数金属在此波段的吸收系数较高,有机物对此波段的激光吸收也相对较为强烈。正因如此,在吸收率上,综合各方面的对比优势,光纤激光器在各方面都彰显独特的优势。有机污层吸收激光强烈,有机污层的温度迅速上升到蒸发点气化,从而达到不损伤基底而清除污染层的目的。然后确定激光清洗的能量阈值,激光清洗的能量阈值将决定激光清洗的效果。选择合适的激光清洗能量阈值需要综合考虑材料的性能、微观结构、形貌缺陷以及激光的波长和脉宽等作用要素的影响。

3.合适的激光入射角度使清洗效果事半功倍

当激光以一定的倾斜角度入射时,激光直接辐射在粘附颗粒的下方,产生更高的热弹性应力,与垂直入射相比,污染物更容易被清除。此外,研究发现随着倾斜角度的增加,激光辐射面积更加宽广(见图4),当倾斜的角度为20度时,被清洗区域的面积约为垂直入射时的10倍,有效地提高了激光清洗的效率。4. 正确的离焦量提升激光清洗效果

不同离焦量,清洗的机制也会不同。在正离焦的时候清洗是表面物质爆破碎裂机制,而在离焦量变大的时候,漆层的移除是从碎裂变成汽化的。图6(2)中的红框,在离焦量实验中,在清洗处周围会有灰尘,这明显是漆层燃烧的剩下的灰烬。而在6(1)中用的是碎裂原理,则没有灰烬。


为最优化金属表面激光清洗的效果,需要综合考虑激光清洗方法、清洗模型、激光器的类型、激光器的波长、能量密度、功率、脉冲频率、脉冲时间以及激光的入射角度等工艺参数。如表1,脉冲激光能够有效清洗碳钢表面的锈蚀,当波长为1064nm、激光功率为500W、脉冲频率为10kHz、脉冲宽度为120ns,清洗速度为60mm/s、搭接率为5%的清洗参数下激光清洗锈蚀效果最佳,激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处都没有发现氧元素的存在。只有系统的研究工艺参数,才能形成一套高效的激光清洗体系。









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