激光清洗技术发展与应用深度解析
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激光清洗技术的原理及应用近年来,随着人们环保意识的增强,给世界范围内清洗业的发展带来了巨大的挑战,各种有利于环境保护的清洗技术应运而生,激光清洗技术就是其中之一.所谓激光清洗技术是指利用高能激光束照射工件表面,使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离,高速有效地清除清洁对象表面附着物或表面涂层,从而达到洁净的工艺过程。
它是基于激光与物质相互作用效应的一项新技术,与传统的机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法(湿清洗工艺)不同、它不需要任何破坏臭氧层的CFC类有机溶剂,无污染,无噪声,对人体和环境无害,是一种“绿色”清洗技术。
激光清洗与机械磨擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比,有明显的优点。
它高效、快捷、成本低,对基片产生的热负荷和机械负荷小,清洗为非损伤;废物可回收,无环境污染;安全可靠,不损害操作人员健康;可以清除各种不同厚度、不同成份的涂层;清洁过程易于实现自动化控制,实现远距离遥控清洗等。
激光清洗的原理和方法激光的特点是具有高方向性,单色性,高相干性和高亮度。
通过透镜的聚焦和Q开关,可以把能量集中到一个很小的空间范围和时间范围内。
在雷射清洗处理中,主要利用了雷射的以下特性:1、雷射可以实现能量在时间和空间上的高度集中,聚焦的雷射束在焦点附近可产生几千度甚至几万度的高温,使污垢瞬间蒸发、气化或分解。
2、雷射束的发散角小,方向性好,通过聚光系统可以使雷射束聚集成不同直径的光斑。
在雷射能量相同的条件下,控制不同直径的雷射束光斑.3、可以调整雷射的能量密度,使污垢受热膨胀.当污垢的膨胀力大于污垢对基体的吸附力时,污垢便会脱离物体的表面。
创研P—LASER 激光清洗机是激光系统中先进的产品,创研P-LASER 使用的是非常稳定,耐用的光纤激光光源,无灯管更换的需求。
这种新型的Q开关激光(又称超脉冲激光)对模具清洗,零件接合的前处理与及包覆层的清除等需要功率和准确度的应用提供绝佳的工具。
激光清洗系统原理及应用
激光清洗设施主要由激光器和激光清洗头、掌握系统、冷水机及附属配件共同组成。
它能够实现智能化快速清洗,作用范围精准并且操作简洁。
原理
激光清洗是采用激光光束具有大的能量密度、方向可控和汇聚力量强等特性,使污染物与基体之间的结合力受到破坏或者使污染物直接气化等方式进行脱污,降低污染物与基体的结合强度,进而达到清洗工件表面的作用。
应用行业
激光清洗应用于高铁、航天、海洋、汽车、模具、轨道、核电、机械、银金、电力、文物等多个行业,可以清洗有色金属、合金、木材、石材等多种材料,颠覆了化学清洗、机械打磨、干冰清洗、超声波清洗等传统的清洗技术。
激光清洗掌握系统
激光清洗机与其他激光设施一样,需要掌握系统来掌握激光功率、出光范围、焦点大小等关键参数,自动化程度较高,目前智能掌握系统可以有效的识别并针对边角进行出光,提高清洗速度与清洗质量。
激光清洗系统作为智能化的工业应用软件,具有非常强大的功能。
为最优化被清洗物体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。
脉冲激光能够有效清洗碳钢表面的锈蚀。
只有系统的讨论工艺参数,才能形成一套高效的激光清洗体系。
例如脉冲宽度:激光清洗能够在不损伤基体表面的前提下,使基材表面的晶粒结构和取向转变,并且还能够对基体表面粗糙度进行掌握,从而增加基体表面的综合性能。
激光清洗技术的原理及应用激光清洗技术的原理激光清洗技术是一种利用激光束对物体表面进行清洗的高效、无害、无污染的方法。
其原理基于激光的光热效应和光化学效应。
1.光热效应:当激光束照射到物体表面时,激光光能转化为热能,使物体表面温度升高,导致物体表面的污垢、涂层等在高温作用下熔化、汽化或分解,从而实现清洗效果。
2.光化学效应:高能激光束照射到物体表面时,光子能量可以与物质的分子、原子相互作用,激发化学反应发生。
光化学反应可以使污垢、涂层等分解、氧化或还原,从而实现清洗效果。
激光清洗技术的应用激光清洗技术已经在许多领域得到广泛应用,以下为几个典型的应用领域:1.工业清洗:激光清洗技术被广泛应用于工业清洗领域。
它可以高效地清除金属表面的油污、氧化层及涂层等,用于清洗汽车、飞机、轨道交通等设备的零部件以及机械制造工艺中的工件清洗。
2.电子产业:在电子产业中,激光清洗技术被用于清洗半导体芯片、集成电路器件等。
高精度的激光束可去除电子元器件表面的尘埃、胶水、光阻等污染物,提高电子器件的质量和可靠性。
3.文物保护:激光清洗技术在文物保护领域起到重要的作用。
传统的清洗方法可能对文物表面造成损伤,而激光清洗技术可以精确地去除文物表面的污垢,不会对文物造成任何影响,保护了文物的原貌和价值。
4.建筑领域:在建筑领域中,激光清洗技术可用于清洗墙壁、玻璃等。
它可以高效地去除墙壁表面的污渍、涂层、霉菌等,使建筑物恢复原有的美观和光滑。
5.环境保护:激光清洗技术在环境保护方面有着重要的作用。
例如,清洗污水管道、处理废水中的有害物质等方面,激光清洗技术被应用于去除污染物,改善环境质量。
结论激光清洗技术是一种高效、无害、无污染的清洗方法,其原理基于光热效应和光化学效应。
激光清洗技术在工业清洗、电子产业、文物保护、建筑领域和环境保护等方面都有广泛应用。
相比传统的清洗方法,激光清洗技术具有高效、精确、无损伤等优势,将在未来得到更广泛的应用。
基于光学原理的激光清洗技术研究随着科学技术的不断发展,越来越多的高新科技逐渐进入我们的生活。
其中,激光技术作为一种新兴科技,在工业制造、生物医药等领域中正逐渐崭露头角。
而基于光学原理的激光清洗技术,则是激光技术中浓墨重彩的一笔。
本文将从激光清洗技术背景、激光原理、激光清洗技术研究现状以及潜在应用领域等方面进行探讨。
一、激光清洗技术背景传统的清洗方式往往会带来环境污染和高昂的清洗成本。
而激光清洗技术的出现,则可以有效解决这些问题。
其基本原理是利用激光束对物体表面进行高强度加热和光解作用,从而使污渍分解并飞出物体表面。
相比传统清洗方式,激光清洗技术不会产生任何污染物,而且能够高效清洗出一些传统方式难以清洗的物质,因此备受工业界的关注和青睐。
二、激光原理激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)即受激辐射放大的光。
激光清洗技术的基本原理就是利用激光束的高集中度和高能量来清除物体表面的污垢。
激光束经过透镜后可聚焦为极小的光斑,而光斑内的能量密度极高,超过材料表面的熔点和汽化点,从而使得物体表面污染物分解、蒸发脱落。
三、激光清洗技术研究现状激光清洗技术作为一种新兴技术,目前国内外的研究仍然处于萌芽阶段。
其中,国外的相关研究较为活跃,尤其是在航空航天、汽车、半导体等工业领域的应用方面,已经取得了一定的进展。
而国内的研究则主要集中在技术的改进和优化上,大多还处于实验室研究阶段。
目前,国内外的研究主要围绕激光清洗技术的优化设备、清洗效果、清洗速度、耗能水平等方面展开。
四、潜在应用领域激光清洗技术作为一种高效、无污染的清洗方式,拥有广阔的应用前景。
主要应用领域包括:1.航空航天领域:航空器表面的油漆、涂料、氧化铝等表面层可被激光清洗技术快速清除,能够提高航空器的安全和使用寿命。
2.汽车制造领域:铸造出的汽车发动机零件表面常常有大量油污、锈蚀和氧化铝等污染物,使用激光清洗技术可以将其清洗干净,提高汽车零件生产效率和品质。
激光清洗技术的原理与应用1. 介绍激光清洗技术是一种利用激光束对物体表面进行清洁的技术。
它以高能激光束对物体表面进行瞬时照射,通过吸收和扩散过程,在高能作用下击碎附着物质,从而实现清洗效果。
激光清洗技术具有高效、环保、无损等优点,在多个领域得到了广泛应用。
2. 原理激光清洗技术的主要原理是利用激光束的能量对物体表面进行照射,使其附着物质受到高能作用而破碎。
其工作原理可以概括为以下几个步骤: - 吸收和扩散:激光束照射到物体表面时,光能会被物体吸收,并以热能的形式扩散到物体内部。
- 瞬时蒸发和膨胀:由于激光束能量密度较高,物体表面附着物质会瞬间蒸发和膨胀,产生膨胀力。
- 击碎附着物质:由于膨胀力的作用,附着物质在物体表面受到冲击力,从而破碎为微小颗粒。
- 去除颗粒:附着物质破碎后,通过气流或机械手段来清除物体表面的微小颗粒。
3. 应用领域激光清洗技术在多个领域有着广泛的应用,以下是一些常见的应用领域:3.1 汽车行业•汽车表面清洗:激光清洗技术可以用于汽车表面的油漆和污渍的清洗,取代传统的化学清洗方法,具有更高的效率和更少的污染。
•发动机清洗:激光清洗技术可以用于汽车发动机的清洗,去除积碳和油垢,提高发动机的效率和寿命。
3.2 电子行业•PCB板清洗:激光清洗技术可以用于PCB板表面的清洗,去除焊接过程中产生的焊渣和氧化物,提高电子器件的品质和可靠性。
•光纤清洗:激光清洗技术可以用于光纤的清洗,去除光纤表面的油污和尘埃,提高光信号的传输效率。
3.3 历史文物保护•壁画清洗:激光清洗技术可以用于对历史建筑中的壁画进行清洗,去除墙面附着的污渍和霉菌,保护历史文物的完整性和美观。
•文物修复:激光清洗技术可以用于文物的修复,去除文物表面的污渍和环境污染物,恢复文物原有的色彩和质感。
3.4 食品加工•食品表面清洗:激光清洗技术可以用于食品的表面清洗,去除食品表面的细菌和污渍,提高食品的安全性和卫生标准。
激光清洗机设计:技术创新与高效清洁并驾齐驱激光清洗机设计:技术创新与高效清洁并驾齐驱激光清洗机是一种利用激光技术进行表面清洁的设备,近年来得到了越来越多的关注和应用。
其的清洁方式和高效的清洁效果,使其在很多领域都呈现出了巨大的潜力。
本文将从技术创新和高效清洁两个方面,探讨激光清洗机的设计与应用。
首先,激光清洗机的技术创新是其能够实现高效清洁的紧要保障。
相比传统的清洗方式,激光清洗机借助激光束的高能量密度,能够将污物和附着物快速蒸发、脱落,从而实现对表面的清洁。
这种清洁方式不但能够削减清洗过程中的化学物质的使用,削减对环境的污染,还能够躲避机械清洗过程中对表面的磨损和损伤。
激光清洗机的技术创新还体现在对激光束的掌控和调整上,通过合理的激光参数设定,可以实现对不同料子和不同形状的工件进行精准清洗。
其次,激光清洗机的高效清洁本领是其在实际应用中的优势之一、激光清洗机可以快速、高效地清洁各种表面附着物,包含油污、灰尘、锈蚀等。
清洗速度快、效果好,不但可以提高生产效率,缩短清洗周期,还可以削减人力投入和清洗本钱。
同时,激光清洗机还可以清洗一些传统清洗方式难以处置的特别料子和形状,例如微细孔洞、高低不平的表面等。
这使得激光清洗机在电子、航空航天、汽车制造等行业得到了广泛的应用。
然而,激光清洗机在设计和应用中仍面临一些挑战。
首先是设备本钱较高,目前市场上的激光清洗机价格相对较高,这限制了其在一些中小型企业中的推广和应用。
其次是对激光辐射的安全性问题,激光束具有很强的穿透力和聚焦本领,若操作欠妥可能对人体造成损害。
因此,相关的安全规范和操作规程需要得到严格遵守。
为了克服这些挑战,需要进一步加强激光清洗机的研发和技术创新。
首先,降低设备本钱是提升激光清洗机市场竞争力的关键。
通过技术革新和工艺改进,降低设备的制造本钱,推动激光清洗机的市场价格下降。
其次,加强对激光辐射的安全管理和掌控,建立健全的安全标准和操作规程,确保激光清洗机的安全使用。
激光机作业中的激光清洗与表面处理技术激光清洗与表面处理技术,作为现代激光机作业中的重要组成部分,已经在多个领域得到广泛应用。
激光清洗技术利用激光束的高浓度能量,以非接触方式清除表面的污垢和涂层,具有高效、无损伤和环保等优点。
而激光表面处理技术则可通过调节激光束的参数,实现对材料表面的改性和功能化。
本文将从激光清洗和激光表面处理两个方面介绍其原理、应用以及未来发展方向。
一、激光清洗技术激光清洗技术是利用激光束的高能量密度,将污垢或涂层表面加热瞬间蒸发或熔化,实现无接触地去除。
相比传统清洗方法,激光清洗具有以下优势:1. 高效能:激光束能量密度高,可以快速实现表面清洗,提高作业效率。
2. 无损伤:激光清洗过程中不会对物体表面造成磨损或刮伤,保持材料的原有性能。
3. 环保节能:激光清洗无需使用化学清洗剂,减少了对环境的污染,并且节约了能源资源。
激光清洗技术在多个领域得到了应用,如汽车维修领域中的发动机零件清洗、电子设备制造中的PCB板清洗以及文物保护中的古籍清洗等。
随着激光技术的不断提升和创新,激光清洗技术的应用领域还将进一步扩展。
二、激光表面处理技术激光表面处理技术是指利用激光束对材料表面进行能量输入,实现表面的改性和功能化。
通过调节激光束的参数(能量、功率、波长等),可以实现表面的熔化、蒸发、热化学反应等效应,从而改善材料的性能和功能。
激光表面处理技术的主要应用包括:1. 材料表面改性:激光束的能量输入可以改变材料表面的组织结构,提高材料的硬度、耐磨性等性能。
2. 表面合金化:通过激光加热,将外加的合金元素与基体材料进行熔合,形成硬度高、耐腐蚀的合金表面。
3. 表面纳米结构形成:激光可在材料表面形成纳米颗粒或纳米结构,改变表面的光学特性、润湿性等。
激光表面处理技术的应用领域广泛,如航空航天领域中的发动机叶片涂层、光学玻璃表面处理、生物医学材料的改性等。
随着激光技术的不断发展,激光表面处理技术将进一步加强材料与激光的相互作用,探索更多新的应用领域。
激光清洗技术的原理及应用激光清洗技术是一种利用激光束对物体表面进行清洗的方法。
它利用激光的高能量密度和高单色性,通过激光与物体表面相互作用,使附着在物体表面的污垢、氧化层、涂层等物质蒸发或炸碎,从而达到清洗的目的。
激光清洗技术具有高效、无污染、低损伤、可控性好等优点,因此被广泛应用于工业清洗、文物保护、半导体制造等领域。
首先是吸收效应。
当激光束照射到物体表面时,光能被物质吸收,产生瞬态蒸发,从而导致污垢的分离和剥离。
这是激光清洗技术最基本的物理过程。
其次是光热效应。
激光束的高能量密度会使物体表面温度急剧升高,超过污垢或涂层的蒸汽温度,从而使其蒸发,清洗物体表面。
光热效应的优点是可以快速完成清洗过程,但缺点是可能会对物体表面造成热损伤。
最后是激光击溃效应。
当激光束聚焦到物体表面后,激光能量迅速增加,当达到物质的断裂强度时,会产生光击溃效应,使得污垢或涂层迅速剥离并溅射出去,完成清洗过程。
这种效应主要适用于厚度较薄、粘附较弱的污垢。
激光清洗技术具有广泛的应用领域。
首先,工业清洗方面,激光清洗技术可以用于清洗汽车发动机、飞机部件、模具、机械设备等各种金属表面的污垢和附着物。
相比传统的清洗方法,激光清洗技术不需要使用化学溶剂,无需接触清洁,可以大大提高清洗效率和效果。
其次,文物保护方面,激光清洗技术可以用于清洗古代文物表面的尘埃、氧化物、涂层等。
由于激光清洗技术具有非接触性、低损伤性和可精确控制的特点,可以对文物进行无损清洗并保护其表面的装饰和纹理。
此外,激光清洗技术在半导体制造、航天航空、电子仪器等领域也有重要应用。
例如,在半导体制造过程中,激光清洗可以清除芯片表面的杂质和污垢,提高芯片的质量和可靠性。
综上所述,激光清洗技术是一种高效、无污染、低损伤的清洗方法,具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和完善,相信激光清洗技术在各个领域的应用将会越发广泛和深入。
激光清洗机应用原理激光清洗机是一种利用激光技术进行表面清洗的设备。
它利用激光束的高能量和高聚焦性,对物体表面进行准确、高效、无损的清洗。
激光清洗机的应用原理可以分为以下几个方面进行解析。
激光清洗机应用原理中的关键是激光技术。
激光是指一种具有高度聚焦能力和高能量密度的光束。
它的特点是单色性好、方向性强、能量集中,可以实现对物体表面的精确处理。
激光清洗机利用激光束对物体表面进行扫描,将被清洗物体表面的污垢、油渍等有机物或无机物瞬间蒸发或剥离,从而实现清洗的效果。
激光清洗机应用原理中的另一个重要方面是选择合适的激光光源。
常见的激光光源包括CO2激光器、纤维激光器、固体激光器等。
不同的激光光源具有不同的特点和适用范围。
例如,CO2激光器适用于金属表面清洗,纤维激光器适用于塑料表面清洗。
选择合适的激光光源可以提高清洗效果和效率。
激光清洗机应用原理中还需要考虑清洗参数的调节。
清洗参数包括激光功率、脉冲宽度、扫描速度等。
不同的清洗任务需要不同的参数设置。
功率过低可能无法清洗干净,功率过高可能会对被清洗物体造成损伤。
因此,合理调节清洗参数对于保证清洗效果至关重要。
激光清洗机应用原理中还需要考虑清洗安全性。
激光束具有较高的能量密度,如果不正确使用可能会对人体和环境造成伤害。
因此,在使用激光清洗机时需要注意安全防护措施,如佩戴防护眼镜、穿戴防护服等。
激光清洗机应用原理的研究和发展对于提高工业生产效率、改善产品质量具有重要意义。
目前,激光清洗机已被广泛应用于电子、汽车、航空航天等领域。
例如,在电子行业中,激光清洗机可以用于清洗PCB板、芯片等微小器件的表面,有效去除焊渣、尘埃和氧化物,提高产品的可靠性和稳定性。
激光清洗机应用原理是利用激光技术实现物体表面清洗的原理。
通过选择合适的激光光源、调节清洗参数以及保证清洗安全性,激光清洗机可以高效、准确地清洗各种物体表面的污垢和油渍,为工业生产提供了一种创新的解决方案。
随着激光技术的不断发展,相信激光清洗机在更广泛的领域将得到应用,并为人们的生产和生活带来更多的便利和效益。
激光清洗技术发展与应用深度解析世界上第1台激光器诞生于1960年由美国科学家西奥多哈罗德梅曼教授利用红宝石研发,从此开启了激光造福人类的大门。
在接下来的时间里应用于各种领域的激光器相继诞生。
激光技术的推广使得医疗、装备制造、精准测量和再制造工程等领域科技飞速发展加快了社会进步的步伐。
在清洗领域中激光的应用更是取得了重要成果。
与传统的清洗方法相比如机械摩擦、化学腐蚀和高频超声等激光清洗可以实现全自动化运行其具有工作效率高、成本低、对环境无污染、对基材无损伤和材料的适用范围广等优点完全符合绿色、环保的加工理念是目前最可靠、有效的清洗方式。
清洗是对废旧机械零部件检测和加工的前提采用激光清洗技术可以有效地控制基体表面形貌和表面粗糙度实现基材清洗后性能的提升也可应用于大型零部件制造、表面处理或者再制造领域。
虽然目前激光清洗还没有完全取代传统的清洗方式但随着国家对制造业节能、减排等环保意识的增强激光清洗将以它独特的优点逐渐走进人们的生活。
01激光清洗的原理在20世纪80年代中期,Beklemyshev、Allrn等科学家针对实际工作需要将激光技术与清洗技术结合起来并进行了相关研究自此激光清洗(Laser Cleanning)这一技术理念诞生.众所周知污染物与基体之间的结合力分为共价键、双偶极子、毛细作用以及范德华力等作用力如能将此作用力克服或破坏那么就会达到脱污的效果。
激光清洗是利用激光光束具有大的能量密度、方向可控和汇聚能力强等特性,使污染物与基体之间的结合力受到破坏或者使污染物直接气化等方式进行脱污,降低污染物与基体的结合强度,进而达到清洗工件表面的作用。
激光清洗原理图如图1所示。
当工件表面污染物吸收激光的能量后,其快速气化或瞬间受热膨胀后克服污染物与基体表面之间的作用力,由于受热能量升高,污染物粒子进行振动后而从基体表面脱落。
整个激光清洗过程大致分为4个阶段,即激光气化分解、激光剥离、污染物粒子热膨胀、基体表面振动和污染物脱离。
当然,在应用激光清洗技术时还要注意被清洗对象的激光清洗阈值,选择合适的激光波长,进而达到最佳的清洗效果。
激光清洗能够在不损伤基体表面的前提下,使基材表面的晶粒结构和取向改变,并且还能够对基体表面粗糙度进行控制,从而增强基体表面的综合性能。
清洗效果主要受光束特性、基底与污物材料的物性参数和污物对光束能量的吸收能力等因素影响。
目前,激光清洗技术包括干式激光清洗技术、湿式激光清洗技术和激光等离子体冲击波技术等3种清洗方式。
1干式激光清洗即脉冲激光直接照射清洗工件,使基底或表面污染物吸收能量温度升高,产生热膨胀或基底热振动,进而使二者分离。
该方法大致分为2种情况:一种是表面污染物吸收激光膨胀;另一种是基底吸收激光产生热振动。
2湿式激光清洗是在脉冲激光照射待洗工件前,先进行表面预涂液膜,在激光的作用下液膜温度快速升高而气化,气化的瞬间产生冲击波,作用在污染物颗粒中,使其从基体上脱落。
此方法要求基体与液膜不能发生反应,故限制了应用材料的范围。
3激光等离子体冲击波是在激光照射过程中击穿空气介质而产生球状等离子体冲击波,冲击波作用在待洗基体表面并且释放能量将污染物去除;激光未作用于基体,因此对基体不产生伤害。
激光等离子体冲击波清洗技术现已可以清洗几十纳米粒径的颗粒污染物,并且对激光波长没有限制。
在实际生产中,应根据需要具体选择不同的试验方法和相关参数,来获得优质的清洗工件。
在激光清洗过程中,表面清洗效率与质量评定是确定激光清洗技术好坏的重要衡量标准。
02激光清洗的发展现状自20世纪80年代中期激光清洗技术理念诞生后,激光清洗一直伴随着激光技术的进步而发展。
20世纪70年代美国科学家J.Asums率先提出用激光清洗技术清洗雕塑、壁画等文物的观点,并且在实践中验证了激光清洗对保护文物具有重要作用。
国外从事激光清洗设备生产的企业主要有美国的Adapt Laser和Laser clean all公司、意大利的El En goup公司以及德国的Rofin公司等,其激光设备大多为大功率、高重复频率的激光器。
如E.Y.Assendel'ft等1988年首次利用短波高脉冲能量的CO2激光器进行湿式清洗试验,脉宽100ns、单脉能量300mJ,当时在世界上占有领先地位。
国外激光技术的发展以1998年作为历史分界,主要分为2个阶段:1998年以前激光清洗刚刚兴起,相对来说投入的人力物力有限、发展较慢;从1998年至今,激光在清洗领域的发展突飞猛进。
R.Rechner等利用激光清洗铝合金表面的氧化层,使用扫描电镜、能谱仪、紅外光谱和X射线光电子能谱分析等方法观察清洗前后的元素种类与含量的变化。
还有学者将飞秒激光器应用到对历史文献、文件的清理和保存领域中,且具有高的清洗效率、小的变色效果和对纤维无任何损伤等优点。
我国激光清洗的研究起步相对较晚,早期也只有部分高校(如西安交通大学、大连理工大学和南开大学等)开展研究。
2005年华中科技大学和中科院的相关学者就军用装备表面清洗做了研究,利用TEA CO2激光器对飞机表面进行脱漆。
2007年南开大学的宋峰等开展调Q短脉冲激光除漆的理论研究。
2008年青岛科技大学的周桂莲等开展了激光对模具表面清洗的温度场研究。
南京理工大学的张平等利用激光等离子体冲击波对硅片表面进行了清洗。
还有2017年陆军装甲兵学院的学者们率先研制出国内首台“新型500W 高重频高能量激光清洗工程化设备”,打破了我国大功率激光清洗设备依赖进口的局面。
我国学者王曼曼等研究了激光清洗与传统清洗方式的差异性,自主研发了手持式激光清洗系统,并应用Ezcad软件,结果发现,手持式激光清洗系统使用更便捷,不受工作环境的限制,对于一些比较大型的工件进行除锈会比台式的更加方便,应用领域更广阔。
目前,我国虽然在激光清洗领域取得了一些进展,但激光器制造的核心零件还需进口,部分核心技术仍处于国际落后阶段;因此,加强开发我国激光清洗技术、在核心技术层面上革新是任重道远的,也是迫在眉睫的。
03激光清洗的应用激光清洗在工业生产中作为加工的第1道工序,不仅可以有效除锈、除污,还可以使基体表面发生化学反应,生成一层保护层防止基体重新生锈,提高其抗蚀能力。
目前,激光清洗技术已应用到军工、工业生产、微电子、文物保护和医疗等各个领域。
3.1在军工领域中的应用在军工领域中,最早美国科学家提出利用激光对军用飞机进行脱漆,并作了相关研究,但由于当时激光器设备昂贵且大而笨重,故只停留在实验室研究阶段,此后随着激光设备的进步与完善,为激光清洗提供了便利。
我国罗红心等利用连续CO2激光器对飞机蒙皮模拟试样进行脱漆,激光功率为30W/mm2以400mm/min的扫描速度可一次将蒙皮旧漆除掉,且对基体无损伤。
郑光等在前人的基础上对TEA CO2激光飞机蒙皮脱漆后进行一系列性能测试,结果表明,脱漆后的飞机蒙皮抗拉强度、疲劳强度以及维氏硬度等与基体相比均无变化,耐蚀性能有所上升;在不引起靶面气体击穿的前提下,激光的能量密度越高,脉宽越窄,越有利于脱漆。
目前,厚度为1mm、面积为36m2的旧漆层利用激光清洗可在1h内完全脱掉,在48h内可完成1架波音 737飞机的蒙皮脱漆。
以上足以说明,激光清洗技术在飞机蒙皮脱漆处理上的应用具有里程碑式意义。
在其他军用装备上激光清洗也发挥了巨大的作用。
侯素霞等利用CO2激光器清洗军用装备表面霉菌,根据激光照射过程中使菌体燃烧或微量爆炸而气化分解的原理,研制出了军用小型激光清洗设备,有效地防止了霉菌对武器装备的腐蚀和氧化,消除了菌丝形成的生物电桥对设备电路的影响,大大减少了武器装备清洗的人力、物力。
宋桂飞等针对弹药修理面临的除锈除漆技术难题,利用20W光纤激光器对弹药开展了除锈除漆试验,结果表明, 激光辐照扫描的部位锈蚀、残余油漆均被清除,并露出基体材料的金属光泽,且基体组织均匀、无损伤; 材料的表面温度几乎没有变化,表明激光用于危爆装置表面处理,不会因热效应而发生燃爆,只需要处理好激光特征参数与表面处理质量、作业效率的关系。
在军用装备的维护与制造中激光清洗可提升装备维修的效率,减少武器弹药表面的氧化,为军用装备、军队战斗力提供有力保障。
3.2在工业领域的应用在工业生产领域,机械设备长时间服役,零部件表面积累了大量油污、废旧漆层、锈蚀和积碳等污染层。
利用TEA CO2激光器清洗工业设备上长期服役的铁钉后,利用SEM检验分析发现,铁钉上原有的镀锌镀层完好无损,只是将表面的油污等污染层清除。
Y.C.Guan等采用脉冲 Nd:YAG 激光器(为1064nm)对柴油机活塞的碳质沉淀物进行了清洗,后经 XPS 和 SEM/EDX 等检测发现,柴油机基体表面的 Fe3C被完全清除,羧酸盐也显著减少。
罗雅等根据焊接工艺需要,对焊前 TC11钛合金进行激光清洗的前处理,并研究激光清洗对焊接性能的影响,试验采POWERLASE Rigel i400的纳秒脉冲固体激光器,清洗功率为150W,线光斑长25mm,扫描速率为10mm/s,并使用氩气保护,对清洗试件和未清洗试件分别进行真空电子束焊接并分析测试,结果表明,激光清洗后可以完全清除钛合金表面的氧化膜和污染物,且焊缝质量为一级,内部无焊接缺陷产生,可见激光清洗技术相对于传统的焊前试样处理方法,可以有效地改善焊接质量。
N.Maharjan等学者利用波长790nm、130fs脉冲、功率1.5W的飞秒激光器清洗航空零部件,可有效地去除表面污染物,经测试分析发现,清洗后表面氧含量显著下降,在适当的激光参数下,将飞秒激光应用于清洗技术中可提高清洗效率。
倪加明等利用激光清洗技术对铝合金阳极氧化膜进行局部激光清洗,并将清洗后的焊接试板进行对接焊接,通过X射线检测以评定焊缝质量,采用金相组织进行观察和分析,通过常温拉伸试验测试去除氧化膜对焊缝性能的影响,结果表明,阳极氧化膜被彻底清洗干净,经激光清洗的铝合金接头抗拉强度为298~303MPa,拉伸断裂延伸率为6.2%~6.5%,激光清理焊缝与机械刮削焊缝的性能范围一致,焊接过程中焊接熔池干净,焊缝无聚集状气孔、杂质等内部缺陷,大大提升了铝合金的焊接性。
S.Genna等利用激光清洗技术对碳纤维增强塑料(CFRP)表面进行清洗,探究了碳纤维布的激光辅助连接(LAJ)的预处理工艺,利用 Yb:YAG 纤维激光器,功率为30W,结果表明,激光清洗作为预处理使接头强度显著增加,其他参数最优情况下,强度是样本的2倍;激光清洗可从层压板中去除第1个环氧基层,这对改善连接形态极为有利。
乔玉林等利用波长为1064nm的高重频高能量激光对钛合金表面积碳进行了激光清洗试验,并分析了清洗速度对激光清洗钛合金积碳表面的形貌和组成的影响,结果表明,当激光功率为500W、脉冲宽度为20ns、频率为18kHz、扫描宽度为5cm时,清洗速度为7cm2/s 的清洗效果最佳,质量最好;若清洗速度过小,钛合金表面会出现光斑痕迹,光斑中心会有部分微熔。