1. Alkalmazási háttér
Az iparban és más területeken a hagyományos tisztítási módszerek, például a kémiai tisztítás és a mechanikus őrlés már régóta domináltak. A kémiai tisztítás valószínűleg nagy mennyiségű kémiai hulladék folyadékot eredményez, környezetszennyezést okozva, és fennáll a korrózió kockázata néhány precíziós alkatrészben is. Noha a mechanikus csiszolás eltávolíthatja a felszíni szennyeződéseket, könnyű károsítani az alapanyagot. Rossz hatással van a komplex formák alkotóelemeivel való foglalkozáskor, és porszennyezést is okoz, és veszélyt jelent az operátorok egészségére. Ezenkívül nehéz megfelelni a nagy pontosságú tisztítás követelményeinek.
A csúcskategóriás feldolgozóipar, például az űrrepülés, a vasúti tranzit és a tengeri hajók gyors fejlesztésével az alkatrészek tisztításának követelményei egyre szigorúbbak. A nagy és összetett alkatrészek, például a repülőgép-motor bemeneti nyílásai, a nagysebességű vasúti testek és a hajók nyílások, felszíni minőségük közvetlenül befolyásolja a termék teljesítményét és az élettartamot. Ezek az alkatrészek nemcsak nagy méretűek és bonyolultak, hanem rendkívül magas követelményekkel rendelkeznek a tisztítási pontosság, a hatékonyság és a felület integritására is. A hagyományos takarítási módszerek már nem felelnek meg a modern feldolgozóipar fejlesztési igényeinek.
A környezetvédelem növekvő globális tudatosságának hátterében a feldolgozóipar a szennyezés -kibocsátások és az erőforrás -fogyasztás csökkentésének nyomásával szembesül. Zöld tisztítási technológiaként a lézertisztítási technológiának olyan előnyei vannak, mint a kémiai szennyezés, az alacsony energiafogyasztás és a nem érintkezés nélküli tisztítás. Hatékonyan oldhatja meg a hagyományos tisztítási módszerek által okozott környezeti problémákat, megfelel a fenntartható fejlődési stratégiának, és az alkalmazásigény a különféle területeken egyre sürgősebbé válik.
2. Lézertisztítási technológia: Mechanizmus
Lézertisztításegy olyan technológia, amely nagy energiájú sűrűségű lézernyalábot használ az anyag felületével való kölcsönhatáshoz. Ennek oka a szennyeződések, a bevonatok stb. A szubsztrát felületéről levágják vagy bomlik, ezáltal elérve a tisztítás célját.
A lézertisztítási folyamat több fizikai mechanizmust foglal magában, mint például a termikus abláció, a stressz rezgése, a hőtágulás, a párolgás, a fázisrobbanás, a párolgási nyomás és a plazma sokk. Ezek a mechanizmusok együtt működnek a szubsztráttól tisztítandó tárgy elválasztásában, és elérik a tisztítóhatást.
A különféle tisztítási közegek szerint a lézertisztítás felosztható lézer-vegytisztításra, nedves lézertisztításra és lézer-ütéshullám-tisztításra.
Lézeres vegytisztítás
A lézeres vegytisztítás jelenleg a legszélesebb körben alkalmazott lézertisztítási módszer. Egy lézersugár segítségével közvetlenül besugárzza a szubsztrát felületét, és a szubsztrát hőtágulást végez a Van der Waals erő leküzdésére, ezáltal eltávolítva a szennyeződést.
Lézerintenzitás:A lézerenergia sűrűségének változása jelentősen befolyásolja a tisztítási hatást. Alacsony energiaintenzitás esetén a párolgás és a fázisrobbanás a fő folyamatok. Nagy energiájú sűrűségnél a párolgási nyomás és a sokkhatások szintén játszanak, és az ultra-magas energia olyan problémákhoz vezethet, mint a plazma generálása. A szubsztrát védelme érdekében általában a tisztítást viszonylag alacsony energia sűrűséggel hajtják végre.
Lézerhullámhossz:A hullámhossz az anyag energiacsatlakozásához kapcsolódik. Rövid hullámhosszon a fotokémiai abláció domináns, míg hosszú hullámhosszon a fototermikus abláció domináns. Ezenkívül a hullámhossz befolyásolja a részecskék és a szubsztrát közötti erőt és hőmérséklet -eloszlást, ezáltal befolyásolva a tisztító erőt és a hatékonyságot. A hullámhossz hatása a különböző tisztítási feladatok esetében is változik.
Impulzus szélesség:A rövid és hosszú pulzusok tisztító mechanizmusai eltérőek. A hosszú - impulzusok erős ablációs hatással bírnak, de rossz szelektivitás, míg a rövid pulzusok magas hőmérsékletet és sokkhullámokat generálhatnak, hogy eltávolítsák a kevesebb károsodással járó szennyező anyagokat. Ultra -rövid impulzusszélesség esetén az "ablációs" mechanizmus működik.
Előfordulási szög:Amikor a lézert függőlegesen besugárzzák, a szennyező részecskék blokkolhatják a lézert. A ferde besugárzás javíthatja a tisztítási hatékonyságot.
A lézeres vegytisztítás mechanizmusa és a kulcs paraméterek hatása a tisztítóhatásra: a) Mechanizmus b) Hullámhosszú C) impulzusszélesség d) E -es szög e) Elülső/hátsó előfordulási gyakoriság
Nedves lézertisztítás
Ezt egy folyékony film segítségével érik el. Egy folyékony fóliát előre helyeznek a megtisztítandó munkadarab felületén. Amikor a lézer közvetlenül besugárzza, a folyadék gyorsan felmelegszik, erős ütési erőt generálva, ezáltal eltávolítva a szennyező anyagokat a szubsztrát felületén.
A nedves lézertisztítás mechanizmusa
Lézeres ütéshullám tisztítás
A lézeres ütéshullám tisztítási technológiája két kategóriába sorolható: száraz lézer sokk-hullámtisztítás és hibrid lézer-sokkhullám tisztítás.
A száraz lézer ütéshullám tisztítása során a lézer arra koncentrál, hogy olyan plazmát hozzon létre, amely befolyásolja a részecskéket. Ez elkerülheti a közvetlen besugárzás által okozott károkat, de lehetnek vak foltok. Javítható a beeső szög megváltoztatásával vagy a kettős fénytisztítás használatával.
A hibrid lézer-sokkhullám tisztítás olyan módszereket tartalmaz, mint a gőz, a víz alatti és a nedves lézer sokk. Használja a folyadékok releváns hatásait a szennyeződés eltávolításához. Ez olyan jellemzőkkel kapcsolatos, mint például a folyadék sűrűség, és széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, nyilvánvaló előnyökkel.
A lézer ütéshullámú tisztítás mechanizmusa: a) Száraz lézer-ütéshullám tisztítás b) Javított száraz lézer-léza-hullám tisztítás B1) Egyetlen-gerenda lézer B2) kettős sugal lézer c) Nedves lézer-lézahullám tisztítás.
3. Repülési repülőgép: Oxidfilm a titán ötvözet szívócsatornáján
Figyelemre méltó hatása van az oxidfilm tisztításához a titánötvözet -szívócsatorna felületén nanosekundumos impulzus lézer alkalmazásával. Alacsony hőhatás -jellemzője megakadályozhatja a szubsztrát másodlagos oxidációját, ami jobb tisztítási módszer.
Vegytisztító mechanizmus:
A fő mechanizmus a lézer abláció. Amikor a lézerenergia az oxidfilmre hat, a felület nagy mennyiségű energiát szív fel. Az energiától függően az ablációs mechanizmus megváltozik, és különféle morfológiai struktúrák alakulnak ki a felületen.
Ha az energia alacsony, akkor az oxidfilm egy részét eltávolítják, kis mennyiségű átdolgozott terület mellett; Ha az energia mérsékelt, az oxidfilmet eltávolítják, és a károsodás elhanyagolható; Ha az energia túl magas, bár az oxidfilm eltávolítható, nagy károsodást okoz a szubsztrátban, és a felületen gerinces szerkezet alakul ki.
Nedves tisztító mechanizmus:
Alacsonyabb energia sűrűségnél a tisztító mechanizmus lézer által kiváltott sokkhullám. Nagyobb energia sűrűségnél ez elsősorban lézer abláció és fázisrobbanás. A tisztítási eljárás során a titánötvözet gyorsan lehűlt és melegszik, hogy martenzitikus titánötvözetet képezzen. Amikor az energia sűrűsége egy bizonyos értékre növekszik, a felület nano-strukturált kiemelkedési felületré válik, és ez a nanoszerkezet nagy jelentőséggel bír a titánötvözet-anyagok későbbi alkalmazására.
Az oxidfilm lézertisztító hatása és mechanizmusa az űrhajózási titánötvözet -szívócsatorna felületén: a) a titánötvözet felületi morfológiája b) A titán -ötvözet -fóliák lézeres nedves tisztításának fő mechanizmusa a lézeres nedves tisztítás fő mechanizmusa.
4. nagysebességű sín: Festék az alumínium ötvözetű autótestre
Festék vastagsága és tisztítási módszere:
A festék tisztításához a nagysebességű síni alumínium ötvözetű autótesteknél a különféle színű és vastagságú festék különböző megfelelő lézertisztítási módszereket igényel.
3000W CW rostos lézertisztító gép
Vékony festék (vastagsága kevesebb vagy 40 μm -nél): Jobb, ha alacsonyabb festékelnyeléssel rendelkező lézeres fényforrást választunk, és a termikus rezgés révén távolítsuk el;
Vastag festék: Kiválasztania kell egy lézerfény -forrást, amelynek magasabb festési abszorpciós sebessége van, és az ablációs mechanizmus segítségével távolítsa el azt.
Piros festékszünet:
A piros festék fő sztriptíz mechanizmusa a rezgési mechanizmus.
A tisztítási folyamat során a lézerenergia behatol a szubsztrátba, és a szubsztrát hőmérséklet-emelkedése által keltett termikus feszültség miatt a festék leesik, és az egész festékréteg eltávolítható, az alumínium ötvözet felületén lévő maradék festék laza nettó morfológiát mutat.
Kék festék eltávolítása:
Ugyanebben a lézerenergia -bemenettel a kék festék hőmérséklete magasabb, mint a vörös festéknél, de a szubsztrát termikus feszültsége alacsonyabb, mint a vörös festéké. Amikor a festékhőmérséklet eléri a forráspontot, a festéket elpárologtatva távolítják el, és vannak olyan csatlakoztatott mechanizmusok is, mint a réteg repedése, égése és a plazma sokk.
A lézeres tisztítási hatás és a festék mechanizmusa a nagysebességű síni alumínium ötvözetű autótest felületén: a) Az alumíniumötvözet felületi morfológiája a tisztítás után b) A kék/piros festék lézeres vegytisztításának fő mechanizmusa az alumíniumötvözet felületén.
5. Hajók: Rozsda a nagy szilárdságú acélhajó-hajótestek felületén
Száraz rozsda eltávolítás tisztítás
A nagy szilárdságú acélhajó-héjak száraz rozsda-eltávolításának folyamatában a fő eltávolítási mechanizmus az oxidfilm energiaelnyelés miatti párologtatása. Amikor a felület -oxidok párolognak és elpárolognak, lefelé mutató reakcióerő jön létre, amely elősegíti a vastagabb oxidfilmek eltávolítását.
Folyékony film-asszociált lézer rozsda eltávolítása
A folyékony film által támogatott lézer rozsda eltávolításának fő mechanizmusa az energiát elnyelő cseppek által okozott fázisrobbanás, amely ütközési erőt generál a rozsda réteg eltávolításához.
A folyékony film robbanásveszélyes forráspontja javítja a fázisrobbanás -mechanizmusnak a rozsda eltávolítására gyakorolt hatását, lehetővé téve a felszíni oxidfilmek jobb eltávolítását, ám ez nem hatékony a mélyebben eltemetett oxidok eltávolításában.
A rozsda réteg eltávolító mechanizmusai befolyásolják az olvadt fém áramlását a felületen. A fázisrobbanás által generált oldalsó tolóerő elősegítheti az olvadt réteg áramlását, így a felület simábbá válik, míg a párologtatási mechanizmus által előállított oxidgőz befolyásolhatja a gödrök folyékony fém általi kitöltését.
A rozsda lézertisztítása a nagy szilárdságú acélhajó-héjak felületén: a) A nagy szilárdságú acél felületi morfológiája b) A lézer száraz/nedves tisztításának fő mechanizmusai a nagy szilárdságú acélhajó-hajózás felületén.
6. óceán: tengeri mikroorganizmusok az alumíniumötvözet felületein
Lézerparaméterek és tisztítási hatás:
A keskeny impulzusszélességű és a magas csúcsteljesítményű lézerek jobban tisztítják a tengeri mikroorganizmusokat az alumíniumötvözet felületein.
Mikroorganizmus eltávolító mechanizmus:
Az extracelluláris polimer anyagok (EPS) és a Barnacle szubsztrát lézer -eltávolító mechanizmusai az abláció párologtatása és a sokkhullám szünetelése. A multiphoton abszorpciós folyamat során a mikrobiális makromolekulák egyetlen lánca megszakad, és nagy számú atom előállításához bomlik. Az ionizáció után a plazma sokk és az ablációs mechanizmusok együttes hatása alatt a tengeri mikroorganizmusok jobban eltávolíthatók.
Az olyan szerves anyagok, mint a festék és a tengeri mikroorganizmusok esetében, alacsony lézer -energia sűrűség esetén a fotokémiai reakciók kémiai kötéseik megszakadnak, romlásként, elszíneződésként, aktivitási veszteségként stb. Nyilvánulnak, mivel az energia sűrűségének növekedése, a jelenségek, például az abláció, a párologtatás, az égés lángjai és a plazmak sokk előfordulnak.
A szervetlen anyagok, például az oxidfilmek és a rozsda esetében nincs változás alacsony energiájú sűrűségnél, és az abláció és a párologtatás az energia növekedése után fordul elő.
A tengeri mikroorganizmusok lézertisztítási hatása és mechanizmusa az alumíniumötvözet felületein.
7. A kulturális emlékek lézeres tisztítása
Az impulzusos lézertisztítószerek fontos alkalmazásokkal rendelkeznek a kulturális ereklyék védelmében, kielégítik a kulturális emlékek, például kő, papír és fém tárgyak nem pusztító és nagy pontosságú tisztításának igényeit.
200W hordozható impulzusos lézertisztító
Az impulzusos lézertisztítás tipikus alkalmazása a kulturális emlékezetekben:
Kő tárgyak:
a) Az ókori római márvány Odysseus szobor: A1) A2) tisztítás után a tisztítás után
b) Római márvány szarkofág: B1) B2 tisztítás előtt) A tisztítás után
c) görög akropolisz Parthenon templomi segélyszobrok
Papír tárgyak:
d) A 15. századi olajfestés "Krisztus előtti pilátus előtt": d1) D2 tisztítás előtt) tisztítás után
e) A 19. századi modern olajfestmény "vadászt jelenet": e1) E2 tisztítás előtt) A tisztítás után
Fém tárgyak:
f) Az Illinoisi Egyetem Bronzszobrászat: F1) F2 tisztítása előtt) Tisztítás után
g) Ezüst vadászpuska: G1) G2 tisztítás előtt a tisztítás után
h) 19. századi katonai arany zsinór: h1) H2 tisztítása előtt) teljesen megtisztított H3) túltisztított
Egyéb tárgyak:
i) 19. századi aranyozott fa keret: i1) Az i2 tisztítása előtt a tisztítás után
j) 19. századi afrikai rattan szőnyeg: j1) a tisztítás utáni tisztítás előtt
k) ókori egyiptomi üveg edény: k1) A tisztítás utáni tisztítás előtt)
