1. Фон приложения
В промышленности и других областях традиционные методы очистки, такие как химическая очистка и механическое измельчение, давно доминируют. Химическая очистка, вероятно, будет генерировать большое количество химических отходов, вызывая загрязнение окружающей среды, а также существует риск коррозии в некоторых точных компонентах. Хотя механическое шлифование может удалить поверхностную грязь, легко повредить основной материал. Это плохое влияние при работе с компонентами сложных форм, а также будет вызывать загрязнение пыли, создавая угрозу для здоровья операторов. Более того, трудно соответствовать требованиям высокой уборки.
Благодаря быстрому развитию высококлассных производственных отраслей, таких как аэрокосмическая, железнодорожная транзитная и морские суда, требования к очистке компонентов становятся все более строгими. Крупные и сложные компоненты, такие как входные отверстия самолета, высокоскоростные железнодорожные автомобильные корпусы и крышки люка судов, их качество поверхности напрямую влияет на производительность продукта и срок службы. Эти компоненты имеют не только большие по размеру и сложную форму, но и имеют чрезвычайно высокие требования для точности очистки, эффективности и целостности поверхности. Традиционные методы очистки больше не могут удовлетворить потребности в разработке современной производственной промышленности.
На фоне растущей глобальной осведомленности о защите окружающей среды, производственная промышленность сталкивается с давлением сокращения выбросов загрязнения и потребления ресурсов. Как технология зеленой очистки, технология лазерной очистки имеет такие преимущества, как отсутствие химического загрязнения, низкое энергопотребление и безконтактная очистка. Он может эффективно решать экологические проблемы, вызванные традиционными методами очистки, соответствует стратегии устойчивого развития, и спрос на применение в различных областях становится все более и более срочным.
2. Технология лазерной очистки: Механизм
Лазерная очисткаэто технология, которая использует лазерный луч с высокой энергией плотностью для взаимодействия с поверхностью материала. Это вызывает грязь, покрытия и т. Д. Быть очищенным или разложенным с поверхности субстрата, тем самым достигая цели очистки.
Процесс очистки лазера включает в себя множество физических механизмов, таких как термическая абляция, вибрация напряжений, термическое расширение, испарение, фазовое взрыв, давление испарения и шок в плазме. Эти механизмы работают вместе, чтобы отделить объект, который будет очищен от субстрата, достигая эффекта очистки.
Согласно различной чистящей среде, лазерная очистка можно разделить на лазерную сухой чистку, чистку влажной лазерной и лазерной ударной волны.
Лазерная сухая чистка
Laser Dry Cleaning в настоящее время является наиболее широко используемым методом лазерной очистки. Он использует лазерный луч для непосредственного облучения поверхности субстрата, в результате чего субстрат подвергается тепловому расширению, чтобы преодолеть силу ван -дер -ваальса, таким образом удаляя грязь.
Лазерная интенсивность:Изменение плотности лазерной энергии значительно влияет на эффект очистки. При низкой энергетической интенсивностях испарение и фазовый взрыв являются основными процессами. При высокой плотности энергии также вступают в игру давление испарения и удар, а сверхвысокая энергия может привести к таким проблемам, как генерация плазмы. Обычно очистка проводится при относительно низкой плотности энергии для защиты субстрата.
Лазерная длина волны:Длина волны связана с энергетической связью материала. На коротких длин волн фотохимическая абляция является доминирующей, в то время как на длинных длин волн фототермическая абляция является доминирующей. Кроме того, длина волны влияет на распределение силы и температуры между частицами и субстратом, что влияет на силу очистки и эффективность. Влияние длины волны также варьируется для различных задач очистки.
Ширина пульса:Механизмы очистки коротких и длинных импровизоров различны. Длинные импульсы имеют сильный эффект абляции, но плохая селективность, в то время как короткие импульсы могут генерировать высокие температуры и ударные волны для удаления загрязняющих веществ с меньшим повреждением. В случае ультра -короткой ширины импульса механизм «абляции» работает.
Угол падения:Когда лазер облучен вертикально, частицы загрязняющих веществ могут блокировать лазер. Наклонное облучение может повысить эффективность очистки.
Механизм лазерной сухой чистки и влияние ключевых параметров на эффект очистки: а) механизм б) длина волны в) ширина импульса d) Угол падения e) Передняя/задняя частота.
Влажная лазерная чистка
Это достигается за счет помощи жидкой пленки. Жидкая пленка предварительно расположена на поверхности заготовки для очистки. Когда лазерная облучает напрямую, жидкость быстро нагревается, генерируя сильную силу воздействия, тем самым удаляя загрязняющие вещества на поверхности субстрата.
Механизм мокрой лазерной очистки
Лазерная уборка ударной волны
Технология очистки лазерной волны подразделяется на две категории: сухой лазерный удар-очистка волн и гибридная лазерная ударная волна.
Во время очистки сухой лазерной ударной волны лазер фокусируется на создании плазмы, которая влияет на частицы. Это может избежать ущерба, вызванного прямым облучением, но могут быть слепые пятна. Это может быть улучшено, изменяя угол падения или с помощью чистки с двойным лучом.
Гибридная лазерная очистка ударной волны включает в себя такие методы, как пара, подводный и влажный лазерный удар. Он использует соответствующие эффекты жидкостей для удаления грязи. Это связано с такими характеристиками, как плотность жидкости, и имеет широкий спектр применений с очевидными преимуществами.
Механизм очистки лазерной ударной волны: a) Очистка сухой лазерной ударной волны б) Улучшенная очистка сухой лазерной ударной волны B1) Одиночный лазер B2) лазер с двойным лузом C) Уборка с дымовыми волнами влажной лазерной волны.
3. Aerospace: оксидная пленка на впускном протоке сплава титана
Он имеет замечательный эффект для очистки оксидной пленки на поверхности впускного воздуховода титанового сплава с помощью наносекундного импульсного лазера. Его низкий тепловой эффект может предотвратить вторичное окисление подложки, что является лучшим методом очистки.
Механизм сухой чистки:
Основным механизмом является лазерная абляция. Когда лазерная энергия действует на оксидную пленку, поверхность поглощает большое количество энергии. В зависимости от энергии, механизм абляции изменяется и различные морфологические структуры образуются на поверхности.
Когда энергия низкая, часть оксидной пленки удаляется, с небольшим количеством переворачиваемой площади; Когда энергия является умеренной, оксидная пленка удаляется, а ущерб незначителен; Когда энергия слишком высока, хотя оксидная пленка может быть удалена, она нанесет большой ущерб подложке, а на поверхности образуется резкая структура.
Механизм влажной очистки:
При более низкой плотности энергии механизм очистки представляет собой лазерную ударную волну. При более высокой плотности энергии это в основном лазерная абляция и фазовый взрыв. Во время процесса очистки титановый сплав быстро охлаждается и нагревается, образуя мартенситный титановый сплав. Когда плотность энергии увеличивается до определенного значения, поверхность становится наноструктурированной поверхностью выпячивания, и эта наноструктура имеет большое значение для последующего применения материалов сплава титана.
Эффект очистки лазера и механизм оксидной пленки на поверхности аэрокосмического протока титанового сплава: а) морфология поверхности титанового сплава после очистки б) Основной механизм лазерной сухой чистки пленки из оксида титанового сплава C) Основной механизм лазера мокрой чистки титанового сплава.
4. Высокоскоростная рельса: краска на корпусе алюминиевого сплава.
Толщина краски и метод очистки:
Для очистки краски на высокоскоростных рельсовых алюминиевых сплавах тела автомобилей сплав, различные цвета и толщина краски требуют различных подходящих методов очистки лазерной очистки.
3000 Вт CW Fiber Laser Machine
Тонкая краска (толщина меньше или равна 40 мкм): лучше выбрать лазерный источник света с более низкой скоростью поглощения краски и удалить его с помощью термической вибрации;
Толстая краска: необходимо выбрать источник лазерного света с более высокой скоростью поглощения краски и удалить его с помощью механизма абляции.
Красная краска раздевание:
Основным механизмом раздевания красной краски является механизм вибрации.
Во время процесса очистки энергия лазера проникает в подложку, а тепловое напряжение, вызванное повышением температуры подложки, вызывает падение краски, а весь слой краски можно удалить, при этом остаточная краска на поверхности алюминиевого сплава демонстрирует свободную сетевую морфологию.
Снятие синей краски:
Под тем же входом энергии лазера температура синей краски выше, чем у красной краски, но тепловое напряжение подложки ниже, чем у красной краски. Когда температура краски достигает точки кипения, краска удаляется путем испарения, а также существуют связанные механизмы, такие как растрескивание слоя, сжигание и шок в плазме.
Лазерный эффект очистки и механизм краски на поверхности высокоскоростного рельсового кузова алюминиевого сплава.
5. Корабли: ржавчина на поверхности высокопрочных корабельных корабли
Очистка удаления сухой ржавчины
В процессе очистки снятия сухой ржавчины для высокопрочных корабельных кораблю, основным механизмом удаления является испарение оксидной пленки из-за поглощения энергии. Когда поверхность оксидов испаряется и испаряется, генерируется нисходящая реакция, которая помогает удалить более толстые оксидные пленки.
Жидкая пленка с помощью лазерной ржавчины
Основным механизмом удаления лазерной ржавчины с помощью жидкой пленки является фазовый взрыв, вызванный капли, поглощающими энергию, генерируя ударную силу для удаления слоя ржавчины.
Взрывной эффект кипячения жидкой пленки усиливает влияние механизма фазового взрыва на удаление ржавчины, что позволяет лучше удалить пленки оксида поверхности, но он не эффективен в удалении оксидов, похороненных глубже.
Различные механизмы удаления слоя ржавчины влияют на поток расплавленного металла на поверхности. Боковая тяга, генерируемая фазовым взрывом, может способствовать потоку расплавленного слоя, что делает поверхность более гладкой, в то время как оксидный пара, продуцируемый механизмом испарения, может влиять на заполнение ям жидким металлом.
Лазерная очистка ржавчины на поверхности высокопрочных корабельных корабли: а) Морфология поверхности высокопрочной стали после очистки б) Основные механизмы лазерной сухой/влажной чистки ржавчины на поверхности высокопрочных корабли.
6. Океан: Морские микроорганизмы на поверхностях алюминиевого сплава
Лазерные параметры и эффект очистки:
Лазеры с узкой шириной импульсов и высокой пиковой мощностью оказывают лучшее влияние на морские микроорганизмы на поверхностях алюминиевого сплава.
Механизм удаления микроорганизма:
Механизмы удаления лазера для слоя внеклеточных полимерных веществ (EPS) и субстрата Barnacle являются испарение абляции и удаление ударной волны соответственно. Во время многофотонного процесса поглощения отдельные цепи микробных макромолекул разрываются, разлагаясь, чтобы получить большое количество атомов. После ионизации при комбинированном действии плазменного шока и механизмов абляции морские микроорганизмы могут быть лучше удалены.
Для органических веществ, таких как краска и морские микроорганизмы, при низких плотностях энергии с низкой лазером, фотохимические реакции вызывают их химические связи, проявляясь в качестве ухудшения, обесцвечивания, потери активности и т. Д. По мере увеличения плотности энергии, такие явления, как абляция, вероисповедание, пламя сгорания и плазма -шок.
Для неорганических веществ, таких как оксидные пленки и ржавчина, нет изменений при низкой плотности энергии, а абляция и испарение происходят после увеличения энергии.
Лазерный эффект очистки и механизм морских микроорганизмов на поверхностях алюминиевого сплава.
7. Лазерная очистка культурных реликвий
Импульсные лазерные чистящие средства имеют важное применение в защите культурной реликвии, отвечающие потребностям в неразрушающей и высокой уборке культурных реликвий, таких как камень, бумага и металлические артефакты.
200 Вт портативный импульсный лазерный очиститель
Типичные применения импульсной лазерной очистки в культурных реликвиях:
Каменные артефакты:
а) Скульптура древне римского мрамора Одиссея: А1) перед чисткой А2) после очистки
б) римский мраморный саркофаг: B1) перед очисткой B2) после очистки
C) Скульптуры греческого акрополя Парфенона
Бумажные артефакты:
г) 15-го века масляная живопись «Христос перед пилатом»: D1) перед чисткой D2) после очистки
e) Современная масляная живопись 19-го века «Охотничья сцена»: E1) перед уборкой E2) после очистки
Металлические артефакты:
f) Университет Иллинойса бронзовая скульптура: F1) перед очисткой F2) после очистки
g) Охотничья винтовка серебряной охоты: G1) перед чисткой G2) после очистки
h) военная золотая оплетка 19-го века: H1) перед очисткой H2) полностью очищен H3) переполненная
Другие артефакты:
i) Позолоченная деревянная рама 19-го века: i1) перед очисткой i2) после очистки
J) Африканский ротанский мат 19-го века: J1) перед чисткой J2) после очистки
k) Древнее египетское стеклянное сосуд: K1) перед чисткой K2) после очистки
