1. rakenduse taust
Tööstuses ja muudes valdkondades on pikka aega domineerinud traditsioonilised puhastusmeetodid nagu keemiline puhastamine ja mehaaniline lihvimine. Keemiline puhastamine tekitab tõenäoliselt suures koguses keemiliste jäätmete vedelikku, põhjustades keskkonnareostust, ja ka mõne täpsuskomponendi korrosiooni oht. Ehkki mehaaniline lihvimine võib pinna mustuse eemaldada, on alusmaterjali lihtne kahjustada. Sellel on keerukate kujundite komponentidega tegelemisel halb mõju ning see tekitab ka tolmusaastet, ohustades operaatorite tervisele. Lisaks on keeruline täita ülitäpse puhastamise nõudeid.
Tipptasemel töötleva tööstuse, näiteks lennunduse, raudtee transiidi ja merelaevade kiire arendamisega, muutuvad komponentide puhastamise nõuded üha rangemaks. Suured ja keerukad komponendid, näiteks lennukimootori sisselaskeavad, kiirraudteeveokehad ja laeva luugi katted, mõjutab nende pinnakvaliteet otseselt toote jõudlust ja tööiga. Need komponendid pole mitte ainult suure suurusega ja keerulise kujuga, vaid neil on ka äärmiselt kõrged nõuded puhastus täpsuse, tõhususe ja pinna terviklikkuse osas. Traditsioonilised puhastusmeetodid ei suuda enam vastata tänapäevaste töötleva tööstuse arendusvajadustele.
Keskkonnakaitse kasvava ülemaailmse teadlikkuse taustal seisab töötlevas tööstuses silmitsi reostuse heitkoguste ja ressursside tarbimise vähendamise survega. Rohelise puhastustehnoloogiana on laserpuhastustehnoloogial eeliseid nagu keemiline reostus, väike energiatarbimine ja kontaktivaba puhastamine. See võib tõhusalt lahendada traditsiooniliste puhastusmeetodite põhjustatud keskkonnaprobleeme, vastab säästva arengu strateegiale ja rakenduste nõudlus erinevates valdkondades muutub üha pakilisemaks.
2. laserpuhastustehnoloogia: Mehhanism
Laserpuhastuson tehnoloogia, mis kasutab suure energiaga tihedusega laserkiire materjali pinnaga suhtlemiseks. See põhjustab substraadi pinnalt maha kooritud või lagunemise mustuse, katted jne, saavutades sellega puhastamise eesmärgi.
Laseri puhastamise protsess hõlmab mitmeid füüsikalisi mehhanisme, näiteks termiline ablatsioon, stressi vibratsioon, soojuspaisumine, aurustumine, faasi plahvatus, aurustusrõhk ja plasmašokk. Need mehhanismid töötavad koos, et eraldada substraadist puhastatav objekt, saavutades puhastamise efekti.
Erinevate puhastusvahendite andmetel võib laserpuhastuse jagada laseri keemiliseks puhastamiseks, märjaks laserpuhastuseks ja laseršokklaine puhastamiseks.
Laser keemiline puhastus
Laseri keemiline puhastamine on praegu kõige laialdasemalt kasutatav laserpuhastusmeetod. See kasutab substraadi pinna otseseks kiiritamiseks laserkiire, põhjustades substraadi soojuspaisumise, et ületada van der Waalsi jõu, eemaldades sellega mustuse.
Laseri intensiivsus:Laser -energiatiheduse muutus mõjutab märkimisväärselt puhastusmõju. Madala energiaga intensiivsuse korral on peamised protsessid aurustumine ja faasi plahvatus. Suure energiatiheduse korral tulevad mängu ka aurustumisrõhk ja šokiefektid ning ülikõrge energia võib põhjustada selliseid probleeme nagu plasma genereerimine. Tavaliselt viiakse puhastus substraadi kaitsmiseks läbi suhteliselt madala energiatihedusega.
Laser -lainepikkus:Lainepikkus on seotud materjali energia sidumisega. Lühikestel lainepikkustel on domineeriv fotokeemiline ablatsioon, pikkadel lainepikkustel on domineeriv fototermiline ablatsioon. Veelgi enam, lainepikkus mõjutab osakeste ja substraadi vahelist jõu ja temperatuuri jaotust, mõjutades sellega puhastusjõudu ja tõhusust. Lainepikkuse mõju varieerub ka erinevate puhastusülesannete puhul.
Impulsi laius:Lühikeste ja pikkade impulsside puhastusmehhanismid on erinevad. Pikad - impulssidel on tugev ablatsiooniefekt, kuid halb selektiivsus, samas kui lühipulsid võivad tekitada kõrgeid temperatuure ja lööklaineid, et eemaldada saasteained väiksema kahjustusega. Ultra -lühikese impulsi laiuse korral on "ablatsioon" mehhanism tööl.
Esinemisnurk:Kui laserit kiiritatakse vertikaalselt, võivad saasteained laseri blokeerida. Kaldus kiiritamine võib parandada puhastamise tõhusust.
Laseri keemilise puhastamise mehhanism ja võtmeparameetrite mõju puhastusmõjule: a) mehhanism b) lainepikkus c) impulsi laius d) esinemissagedus e) Esi-/seljaosa esinemissagedus
Märg laseri puhastamine
See saavutatakse vedela filmi abiga. Puhastava tooriku pinnale on eelnevalt paigutatud vedelkile. Kui laser kiirgub otse, soojeneb vedelik kiiresti, tekitades tugeva löögijõu, eemaldades seeläbi substraadi pinnale saasteained.
Märja laseri puhastamise mehhanism
Laseršok-laine puhastamine
Laseršokitelainete puhastamise tehnoloogia jaguneb kahte kategooriasse: kuiv laseršokk-lainepuhastus ja hübriidlase laseršokilaine puhastamine.
Kuiva laseriga lööklaine puhastamise ajal on laser keskendunud osakesi mõjutava plasma genereerimiseks. See võib vältida otsese kiiritamise põhjustatud kahjustusi, kuid seal võib olla pimedaid kohti. Seda saab täiustada, muutes langevat nurka või kasutades kahesuunalist puhastust.
Hübriidlaser lööklaine puhastamine sisaldab selliseid meetodeid nagu aur, veealune ja niiske laseršokk. See kasutab mustuse eemaldamiseks vedelike asjakohaseid mõjusid. See on seotud selliste omadustega nagu vedeliku tihedus ja sellel on lai valik, millel on ilmsed eelised.
Laseršokk-laine puhastamise mehhanism: a) kuiv laseriga lööklaine puhastamine b) täiustatud kuiv laseršok-laine puhastamine B1) ühe tala laser B2) kahetulelaser c) märg laseršokilaine puhastamine.
3. Aerospace: oksiidkile titaanisulami sisselaskekanal
Sellel on märkimisväärne efekt oksiidkile puhastamiseks titaansulami sisselaskekanali pinnal, kasutades nanosekundi impulsslaserit. Selle madala termilise efekti karakteristik võib takistada substraadi sekundaarset oksüdatsiooni, mis on parem puhastusmeetod.
Keemiline puhastusmehhanism:
Peamine mehhanism on laser ablatsioon. Kui laserienergia toimib oksiidkile, neelab pind suures koguses energiat. Sõltuvalt energiast muutub ablatsioonimehhanism ja pinnal moodustuvad mitmesugused morfoloogilised struktuurid.
Kui energia on madal, eemaldatakse osa oksiidkilest väikese koguse ümberkujundatud pindalaga; Kui energia on mõõdukas, eemaldatakse oksiidkile ja kahjustus on tühine; Kui energia on liiga kõrge, ehkki oksiidi kile saab eemaldada, põhjustab see substraadile suurt kahju ja pinnale moodustub vindatud struktuur.
Märgpuhastusmehhanism:
Madalama energiatiheduse korral on puhastusmehhanism laseriga indutseeritud lööklaine. Suurema energiatiheduse korral on see peamiselt laserblatsioon ja faasi plahvatus. Puhastusprotsessi ajal jahutatakse titaanisulamit kiiresti ja kuumutatakse, moodustades martensiitset titaansulami. Kui energiatihedus suureneb teatud väärtuseni, muutub pind nanostruktureeritud väljaulatuvuspind ja see nanostruktuur on suure tähtsusega titaansulami materjalide järgneva rakendamisel.
Oksiidkile laseri puhastamise toime ja mehhanism lennunduse titaansulami sisselaskekanali pinnal: a) titaansulami pinna morfoloogia pärast puhastamist b) Titaanlilada oksiidi kile laser keemilise puhastamise peamine mehhanism C) Titaanlioksiidi kile laser märja puhastamise peamehhanism.
4. Kiire rööp: värv alumiiniumsulami auto kerele
Värvi paksus ja puhastusmeetod:
Värvi puhastamiseks kiirraudtee alumiiniumsulami autode kehadel vajavad erinevad värvid ja paksused erinevad sobivad laserpuhastusmeetodid.
3000W CW kiu laseri puhastusmasin
Õhuke värv (paksus, mis on vähem või võrdne 40 μm): parem on valida madalama värvi neeldumiskiirusega laservalgusallikas ja eemaldada see termilise vibratsiooni kaudu;
Paks värv: on vaja valida kõrgema värvi neeldumiskiirusega laservalgusallikas ja eemaldada see ablatsioonimehhanismi abil.
Punase värvi eemaldamine:
Punase värvi peamine eemaldamise mehhanism on vibratsioonimehhanism.
Puhastusprotsessi ajal tungib lasernergia substraadisse ja substraadi temperatuuri tõusuga tekkiv soojuspinge põhjustab värvi kukkumise ja kogu värvikiht saab eemaldada, alumiiniumsulami pinnal oleva jääkvärvi korral on lahtine võrgutaoline morfoloogia.
Sinise värvi eemaldamine:
Sama laserienergia sisendi all on sinise värvi temperatuur kõrgem kui punase värvi temperatuur, kuid substraadi termiline pinge on madalam kui punase värvi korral. Kui värvi temperatuur jõuab keemistemperatuurini, eemaldatakse värv aurustumisega ja seal on ka ühendatud mehhanisme nagu kihi pragunemine, põletamine ja plasmašokk.
Laseri puhastamise efekt ja värvimehhanism kiirraudtee alumiiniumsulami auto kere pinnal: a) alumiiniumsulami pinna morfoloogia pärast puhastamist b) Sinise/punase värvi laser keemilise puhastamise peamine mehhanism alumiiniumsulami pinnal.
5. laevad: rooste ülitugevate teraskoore pinnal
Kuiv rooste eemaldamine puhastamine
Kuiva rooste eemaldamise protsessis ülitugevate terasest laevakerede jaoks on peamine eemaldamismehhanism energia neeldumise tõttu oksiidkile aurustumine. Kui pinnaoksiidid aurustuvad ja aurustuvad, genereeritakse allapoole suunatud reaktsioonijõud, mis aitab eemaldada paksemaid oksiidkile.
Vedela kilega abistatud laser rooste eemaldamine
Vedela kilega laser rooste eemaldamise peamine mehhanism on faasiplahvatus, mis on põhjustatud tilkadest, mis imavad energiat, tekitades löögijõu roostekihi eemaldamiseks.
Vedela kile plahvatusohtlik mõju suurendab faasi plahvatusmehhanismi mõju rooste eemaldamisele, võimaldades paremat pinnaoksiidkile eemaldamist, kuid see ei ole efektiivne sügavamale maetud oksiidide eemaldamisel.
Erinevad roostekihi eemaldamise mehhanismid mõjutavad sulametalli voogu pinnale. Faasiplahvatuse tekitatud külgmine tõukejõud võib soodustada sulakihi voolu, muutes pinna sujuvamaks, samas kui aurustusmehhanismi toodetud oksiidi aur võib mõjutada šahtide täitmist vedela metalli abil.
Rooste laserpuhastus ülitugevate terasest laevakerede pinnal: a) ülitugeva terase pinna morfoloogia pärast puhastamist b) Laseri kuiva/niiske puhastusmehhanismide peamised mehhanismid ülitugevate terasest laevakerede pinnal.
6. ookean: meremikroorganismid alumiiniumisulami pindadel
Laserparameetrid ja puhastusmõju:
Kitsa impulsi laiusega ja suure tippvõimsusega laserid mõjutavad meremikroorganismidele alumiiniumisulami pindadel paremini puhastusmõju.
Mikroorganismi eemaldamise mehhanism:
Rakuväliste polümeersete ainete (EPS) kihi ja Barnacle'i substraadi laser eemaldamise mehhanismid on vastavalt ablatsiooni aurustumine ja lööklaine eemaldamine. Multifotoonide neeldumisprotsessi ajal purunevad mikroobsete makromolekulide üksikud ahelad, lagunedes suure hulga aatomite tootmiseks. Pärast ionisatsiooni saab plasmašoki ja ablatsioonimehhanismide kombineeritud toimel meremikroorganisme paremini eemaldada.
Orgaaniliste ainete, näiteks värvi ja mere mikroorganismide korral, madala laser -energiatihedusega, põhjustavad fotokeemilised reaktsioonid nende keemilised sidemed purunemise, avaldudes halvenemise, värvuse muutumise, aktiivsuse kaotusena jne, kui energiatihedus suureneb, nähtused, nagu abin, aurustus ja plasma šokk ilmnevad.
Anorgaaniliste ainete, näiteks oksiidkilede ja rooste puhul, vähese energiatiheduse korral ei toimu muutusi ning pärast energia suurenemist ilmnevad ablatsioon ja aurustumine.
Mere mikroorganismide laserpuhastusmõju ja mehhanism alumiiniumisulami pindadel.
7. Kultuuriliste säilmete laserpuhastamine
Pulseeritud laserpuhastusvahenditel on olulised rakendused kultuurilise reliikvia kaitseks, mis vastab kultuuriliste säilmete, näiteks kivi, paberi ja metallide esemete mittepurustava ja ülitäpse puhastamise vajadustele.
200W kaasaskantav impulsslaserpuhastaja
Tüüpilised impulsslaserpuhastuse rakendused kultuurilistes säilmetes:
Kivi esemed:
a) iidne Rooma marmorist Odysseuse skulptuur: A1) enne puhastamist A2) pärast puhastamist
b) Rooma marmorist sarkofaag: b1) enne puhastamist b2) pärast puhastamist
c) Kreeka akropolis Parthenoni templi reljeefsed skulptuurid
Paberi artefaktid:
d) 15. sajandi õlimaal "Kristus enne Pilaatust": D1) enne puhastamist D2) Pärast puhastamist
e) 19. sajandi moodne õlimaal "jahimaastik": E1) enne puhastamist E2) Pärast puhastamist
Metalli esemed:
f) Illinoisi ülikooli pronksskulptuur: F1) enne puhastamist F2) pärast puhastamist
g) hõbedase jahipüssi: G1) enne G2 puhastamist) pärast puhastamist
h) 19. sajandi sõjaväe kuldpunutis: H1) enne H2 puhastamist H3) H3) üle puhastatud
Muud esemed:
i) 19. sajandi kullatud puitraam: i1) enne puhastamist i2) pärast puhastamist
j) 19. sajandi Aafrika rattani matt: J1) enne puhastamist J2) pärast puhastamist
k) Vana -Egiptuse klaasianum: K1) enne puhastamist K2) pärast puhastamist
