1. applikationsbaggrund
I industrien og andre felter har traditionelle rengøringsmetoder såsom kemisk rengøring og mekanisk slibning længe domineret. Kemisk rengøring genererer sandsynligvis en stor mængde kemisk affaldsvæske, der forårsager miljøforurening, og der er også en risiko for korrosion til nogle præcisionskomponenter. Selvom mekanisk slibning kan fjerne overfladesnavs, er det let at skade basismaterialet. Det har en dårlig effekt, når man beskæftiger sig med komponenter i komplekse former, og det vil også producere støvforurening, hvilket udgør en trussel mod operatørernes helbred. Derudover er det vanskeligt at imødekomme kravene til rengøring af høj præcision.
Med den hurtige udvikling af avancerede fremstillingsindustrier såsom rumfart, jernbanetransit og marine skibe, bliver kravene til rengøring af komponenten stadig strengere. Store og komplekse komponenter, såsom flysmotorindløb, højhastighedsbilebiler og skibsudviklingsdæksler, deres overfladekvalitet påvirker direkte produktets ydelse og levetid. Disse komponenter er ikke kun store i størrelse og komplekse i form, men har også ekstremt høje krav til rengøringsnøjagtighed, effektivitet og overfladeintegritet. Traditionelle rengøringsmetoder kan ikke længere imødekomme udviklingsbehovene i moderne fremstillingsindustrier.
På baggrund af den voksende globale bevidsthed om miljøbeskyttelse står produktionsindustrien over for presset om at reducere forureningsemissioner og ressourceforbrug. Som en grøn rengøringsteknologi har laserrenseteknologi fordele såsom ingen kemisk forurening, lavt energiforbrug og rengøring af ikke-kontakt. Det kan effektivt løse miljøproblemerne forårsaget af traditionelle rengøringsmetoder, i overensstemmelse med strategien for bæredygtig udvikling, og applikationsefterspørgslen inden for forskellige områder bliver mere og mere presserende.
2. laserrenseteknologi: Mekanisme
Laserrensninger en teknologi, der bruger en laserstråle med en højenergitæthed til at interagere med overfladen af et materiale. Dette får snavs, belægninger osv. At blive skrællet af eller dekomponeret fra overfladen af underlaget og derved opnå formålet med rengøring.
Laserrensningsprocessen involverer flere fysiske mekanismer, såsom termisk ablation, stressvibration, termisk ekspansion, fordampning, faseeksplosion, fordampningstryk og plasmakød. Disse mekanismer fungerer sammen for at adskille objektet, der skal rengøres fra underlaget, og opnå rengøringseffekten.
I henhold til de forskellige rengøringsmedier kan laserrensning opdeles i laserrensning, våd laserrensning og rengøring af laserchokbølger.
Laser renseri
Laser renseri er i øjeblikket den mest anvendte laserrensningsmetode. Den bruger en laserstråle til direkte bestråling af underlagets overflade, hvilket får underlaget til at gennemgå termisk ekspansion for at overvinde van der Waals -kraften og dermed fjerne snavs.
Laserintensitet:Ændringen i laserenergitæthed påvirker rengøringseffekten signifikant. Ved lav energiintensiteter er fordampning og faseeksplosion de vigtigste processer. Ved høje energitætheder kommer fordampningstryk og stødvirkninger også i spil, og ultrahøj energi kan føre til problemer såsom generering af plasma. Normalt udføres rengøring ved en relativt lav energitæthed for at beskytte underlaget.
Laserbølgelængde:Bølgelængden er relateret til energikoblingen af materialet. Ved korte bølgelængder er fotokemisk ablation dominerende, mens fototermisk ablation ved lange bølgelængder er dominerende. Desuden påvirker bølgelængden kraften og temperaturfordelingen mellem partiklerne og underlaget, hvilket påvirker rengøringskraften og effektiviteten. Virkningen af bølgelængden varierer også for forskellige rengøringsopgaver.
Pulsbredde:Rengøringsmekanismerne for kort- og langpulser er forskellige. Lange - pulser har en stærk ablationseffekt, men dårlig selektivitet, mens korte pulser kan generere høje temperaturer og stødbølger for at fjerne forurenende stoffer med mindre skade. I tilfælde af ultra - korte pulsbredder er "ablation" -mekanismen på arbejde.
Forekomst vinkel:Når laseren er bestrålet lodret, kan forurenende partikler blokere laseren. Skrålbestråling kan forbedre rengøringseffektiviteten.
Mekanisme for laserrensning og påvirkning af nøgleparametre på rengøringseffekten: a) Mekanisme b) Bølgelængde c) Pulsbredde D) Forekomst Vinkel E) Foran/rygforekomst
Våd laserrensning
Det opnås gennem hjælp fra en flydende film. En flydende film er forudplaceret på overfladen af emnet, der skal rengøres. Når laserbestrålen er direkte, opvarmes væsken hurtigt og genererer en stærk påvirkningskraft og fjerner derved forurenende stoffer på overfladen af underlaget.
Mekanisme til rengøring af våd laser
Laserchokbølgningsrensning
Laserchokbølgelensningsteknologi er opdelt i to kategorier: tør laserchok-bølge rengøring og hybrid laser chokbølger rengøring.
Under tør laserchokbølgerrensning er laseren fokuseret på at generere et plasma, der påvirker partikler. Dette kan undgå skader forårsaget af direkte bestråling, men der kan være blinde pletter. Det kan forbedres ved at ændre hændelsesvinklen eller bruge rengøring af dobbeltstråle.
Hybrid laserchokbølgerens rengøring inkluderer metoder såsom damp, undervand og vådt laserchok. Den bruger de relevante effekter af væsker til at fjerne snavs. Det er relateret til egenskaber som flydende densitet og har en bred vifte af anvendelser med åbenlyse fordele.
Mekanisme til rengøring af laserchokbølge: a) Tørt laserchokbølgerrensning b) Forbedret tør laserchokbølgerrensning b1) Enkelt-bjælke laser b2) dobbeltstråle laser c) våd laser stødbølger rengøring.
3. Aerospace: Oxidfilm på Titanium Alloy Intake -kanal
Det har en bemærkelsesværdig effekt at rengøre oxidfilmen på overfladen af titanlegeringsindtagskanalen ved anvendelse af nanosekund pulslaser. Dens lave termiske virkningskarakteristik kan forhindre, at substratet fra sekundær oxidation, som er en bedre rengøringsmetode.
Tørrensningsmekanisme:
Hovedmekanismen er laserablation. Når laserenergien virker på oxidfilmen, absorberer overfladen en stor mængde energi. Afhængig af energien ændres ablationsmekanismen, og forskellige morfologiske strukturer dannes på overfladen.
Når energien er lav, fjernes en del af oxidfilmen med en lille mængde remeltet område; Når energien er moderat, fjernes oxidfilmen, og skaden er ubetydelig; Når energien er for høj, selvom oxidfilmen kan fjernes, vil den forårsage stor skade på underlaget, og der dannes en ridget struktur på overfladen.
Våd rengøringsmekanisme:
Ved en lavere energitæthed er rengøringsmekanismen laserinduceret chokbølge. Ved en højere energitæthed er det hovedsageligt laserablation og faseeksplosion. Under rengøringsprocessen afkøles og opvarmes titanlegering hurtigt og opvarmes til dannelse af martensitisk titanlegering. Når energitætheden øges til en bestemt værdi, bliver overfladen en nano-struktureret fremspringoverflade, og denne nano-struktur er af stor betydning for den efterfølgende anvendelse af titanlegeringsmaterialer.
Laserrensningseffekten og mekanismen for oxidfilmen på overfladen af rumfarts -titanlegeringsindtagskanalen: a) overflademorfologi af titanlegering efter rengøring b) hovedmekanismen for lasertørrensning af titaniumlegeringsoxidfilm c) Hovedmekanismen for laser våd rengøring af titanlegeringsfilm.
4. Højhastighedsbane: Maling på aluminiumslegeringsbilkrop
Malingstykkelse og rengøringsmetode:
Til rengøring af maling på højhastighedsskinne aluminiumslegeringsbiler kræver forskellige farver og tykkelser af maling forskellige passende laserrensningsmetoder.
3000W CW Fiber Laser Rengøring Maskine
Tynd maling (tykkelse mindre end eller lig med 40μm): Det er bedre at vælge en laserlyskilde med en lavere malingsabsorptionshastighed og fjerne den gennem termisk vibration;
Tyk maling: Det er nødvendigt at vælge en laserlyskilde med en højere malingsabsorptionshastighed og fjerne den ved hjælp af ablationsmekanismen.
Rød malingstripping:
Den vigtigste strippemekanisme til rød maling er vibrationsmekanismen.
Under rengøringsprocessen trænger laserenergi ind i underlaget, og den termiske stress, der genereres af temperaturstigningen af substratet, får malingen til at falde af, og hele malingslaget kan fjernes, med den resterende maling på aluminiumslegeringsoverfladen, der viser en løs netlignende morfologi.
Fjernelse af blå maling:
Under den samme laserenergiindgang er temperaturen på blå maling højere end for rød maling, men underlagets termiske spænding er lavere end for rød maling. Når malingstemperaturen når kogepunktet, fjernes malingen ved fordampning, og der er også koblede mekanismer, såsom lagkrakning, brændende og plasma -chok.
Laserrensningseffekt og malingsmekanisme på overfladen af højhastighedssted-jernbanelegeringsbilkrop: a) Overflademorfologi af aluminiumslegering efter rengøring b) Hovedmekanismen for lasertørrensning af blå/rød maling på aluminiumslegeringsoverflade.
5. Skibe: Rust på overfladen af stålskib med høj styrke
Tør rustning af rustning
I processen med rengøring af tørrustfjernelsesrengøring til skrog med høj styrke, er hovedfjernelsesmekanismen fordampningen af oxidfilmen på grund af energiabsorption. Når overfladeoxiderne fordamper og fordamper, genereres en nedadgående reaktionskraft, hvilket hjælper med at fjerne tykkere oxidfilm.
Flydende filmassisteret laserrustfjernelse
Den vigtigste mekanisme for flydende filmassisteret laserrustfjernelse er den faseeksplosion forårsaget af dråber, der absorberer energi, hvilket genererer en slagkraft for at fjerne rustlaget.
Den eksplosive kogende virkning af den flydende film forbedrer faseeksplosionsmekanismens indflydelse på rustfjernelse, hvilket muliggør bedre fjernelse af overfladeoxidfilm, men den er ikke effektiv til at fjerne oxider begravet dybere.
Forskellige mekanismer til fjernelse af rustlag påvirker strømmen af smeltet metal på overfladen. Den laterale tryk genereret ved faseeksplosion kan fremme strømmen af det smeltede lag, hvilket gør overfladen glattere, mens oxiddampen produceret ved fordampningsmekanismen kan påvirke fyldningen af grober ved flydende metal.
Laserrensning af rust på overfladen af stålskibets skrog med høj styrke: a) Overflademorfologi af stål med høj styrke efter rengøring b) Hovedmekanismer for lasertør/våd rengøring af rust på overfladen af stålskibets skrog med høj styrke.
6. Ocean: Marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflader
Laserparametre og rengøringseffekt:
Lasere med smalle pulsbredder og høj spidsstyrke har en bedre rengøringseffekt på marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflader.
Fjernelse af mikroorganisme:
Laserfjernelsesmekanismerne for de ekstracellulære polymere stoffer (EPS) lag og barnacle -substrat er henholdsvis ablationsdampning og chokbølgestripping. Under multiphotonabsorptionsprocessen bryder de enkelte kæder af mikrobielle makromolekyler og nedbrydes for at producere et stort antal atomer. Efter ionisering kan marine mikroorganismer under den kombinerede virkning af plasmakok og ablationsmekanismer fjernes bedre.
For organiske stoffer, såsom maling og marine mikroorganismer, ved lav laserenergitæthed, får fotokemiske reaktioner, at deres kemiske bindinger går i stykker, manifesterer sig som forringelse, misfarvning, tab af aktivitet osv. Når energitætheden øges, forekommer fænomener, såsom ablation, fordampning, forbrændingsflammer og plasma -chok.
For uorganiske stoffer, såsom oxidfilm og rust, er der ingen ændringer ved lavenergitætheder, og ablation og fordampning forekommer, når energien stiger.
Laserrensningseffekt og mekanisme for marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflader.
7. Laserrensning af kulturelle relikvier
Pulsede laserrensere har vigtige anvendelser inden for kulturel relikviebeskyttelse, der imødekommer behovene for ikke-destruktiv og højpræcisionsrengøring af kulturelle relikvier, såsom sten, papir og metal artefakter.
200W bærbar pulseret laserrenser
Typiske anvendelser af pulserende laserrensning i kulturelle relikvier:
Sten artefakter:
A) Ancient Roman Marble Odysseus skulptur: A1) Før rengøring A2) efter rengøring
b) Roman marmor sarkofag: B1) før rengøring B2) efter rengøring
c) Græsk Acropolis Parthenon Temple Relief Sculptures
Papir artefakter:
D) Oljemaleri fra det 15. århundrede "Kristus før Pilatus": D1) før rengøring D2) efter rengøring
E) moderne oliemaleri fra det 19. århundrede "jagtscene": E1) før rengøring E2) efter rengøring
Metal artefakter:
f) University of Illinois bronze skulptur: F1) før rengøring F2) efter rengøring
g) Sølvjagtriffel: G1) Før rengøring af G2) efter rengøring
H) Militært guldfletning fra det 19. århundrede: H1) Før rengøring H2) fuldt renset H3) Overrenset
Andre artefakter:
i) forgyldt træramme fra det 19. århundrede: I1) før rengøring i2) efter rengøring
J) afrikansk rottingmåtte fra det 19. århundrede: J1) før rengøring J2) efter rengøring
k) Gamle egyptiske glasfartøj: K1) før rengøring K2) efter rengøring
