激光清洗铝合金橡胶涂层数值模拟及实验

激光清洗作为一种新型的绿色环保清洁方式,逐渐应用于轮胎模具表面污垢清洗方面。通过有限元仿真与实验对激光清洗轮胎模具橡胶涂层进行研究。利用高斯型脉冲激光作为虚拟热源对铝合金基底表面的橡胶涂层进行清洗数值模拟仿真,模拟结果表明,重复频率18 kHz时,不同功率橡胶涂层表面温度瞬间急剧升高至上万度,远超烧蚀蒸发温度,达到清洗效果,和矩形脉冲激光烧蚀仿真作对比,矩形激光清洗涂层深度大,效率高。使用重复频率可调的矩形脉冲Nd:YAG激光对铝合金基底表面橡胶涂层进行清洗试验。模拟与试验结果表明,重复频率15 kHz,功率280 W,能量密度为6.603 W/cm²时,清洗效果很好,完全清除基体表面橡胶涂层而不损伤基底,并且基底不发生氧化反应。     

1064nm准连续激光除漆研究

激光清洗作为环保节能的绿色清洗方法,在钢铁材料表面除漆领域具有重要的应用前景。利用波长为1064nm,重复频率为0.5～50kHz可调的声光调Q准连续Nd:YAG激光对钢基底表面漆层样品进行了清洗实验和工作机理研究。模拟和实验结果表明,在钢基底表面漆层脉冲激光去除中,阈值清洗条件下有效清洗机理是振动效应,而有基底损伤时有效清洗机理是振动效应和烧蚀效应;对于厚为50μm漆层的钢铁基底,在平均功率20W以上且搭接率为80%时,能够完全清除基板表面油漆而不损伤其基体。在保证激光功率密度和扫描搭接率适当的同时,通过提高激光器输出功率、脉冲重复频率或增加光斑直径,可以获得更好的清洗效果和更高的清洗效率。     

轴快流CO2激光脱漆的实验研究

为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响,采用波长为10.6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系.结果表明,脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40％时,可实现漆板的大面积清洗.     

激光清洗铝合金漆层的数值模拟与表面形貌

采用COMSOL Multiphysics建立了纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,分析了不同参数对激光清洗温度场和清洗深度的影响,并进行了实验验证。结果表明:扫描速度以搭接率的形式影响清洗效率,扫描速度越慢,清洗速率越小,当搭接率为50%时具有合适的清洗效率;随着激光能量密度增加,漆层表面和基体表面的最高温度线性升高,当激光能量密度达到25 J/cm^2时,激光辐照区域的漆层材料完全被去除,铝合金基体的烧蚀深度为50μm;在激光能量密度为25 J/cm^2,搭接率为50%的实验参数下,基体表面沟槽峰谷高度为50.234μm,在此参数组合下可以获得良好的符合涂装工艺要求的表面。该结果可为研究纳秒脉冲激光清洗及其工艺参数的选择提供参考。     

轴快流CO2激光脱漆的研究

采用轴快流CO2激光对金属表面的油漆进行清洗实验,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量对脱漆效果的影响。结果表明：脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40％时,可实现漆板的大面积清洗。选取合适的工艺参数,能完全清除漆板表面的油漆而不损伤基体,并可获得高的清洗效率和好的清洗效果。     

军用装备的激光清洗技术应用研究

激光清洗技术作为一种"绿色"清洗工艺,在军用装备维修保养中将会有良好的应用前景.在分析激光清洗机理的基础上,设计了实验装置,对影响激光清洗效果和实际应用的关键因素进行了重点讨论.激光清洗霉菌的机理有:激光产生的高温导致霉菌的瞬间汽化和燃烧;基体表面在激光辐照射下温度发生急剧变化而产生热膨胀变形,狭小空间内空气急剧膨胀导致的内外气体之间的巨大压差,将霉菌除去.分析和实验结果表明,在激光参数选择合适的情况下可实现对装备霉菌的完全清洗而不会对基体造成损伤.研究的创新点在于将激光清洗技术用于军用装备的维修保养.     

激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模拟与试验研究

为了探索不同功率的激光对铝合金表面漆层的温度场分布以及清洗深度的影响,以及光斑搭接率对清洗效果的影响,利用COMSOL multiphysics软件建立了光纤脉冲激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模型,最后得既能够防止基体表面受到损坏,也能够使得漆层材料完全去除的激光功率,以及可以获得良好清洗效果的光斑搭接率,并用实验来得以验证。结果表明：激光重复频率为100 kHz时,激光功率越大,试样表面温度上升越快,烧蚀深度也随之增加。当30 W的激光功率基本上可以保证去除掉漆层且不伤及基体表面,对基体材料的烧蚀深度为10μm。在激光功率为30 W,光斑搭接率为50%的实验参数下,试样表面粗糙度较清洗前降低,为4.48μm,在该实验参数下可以获得不伤及铝合金基体的良好的清洗效果。该实验结果可以为光纤脉冲激光清洗的工艺参数的选择提供参考。     

脉冲YAG激光清洗轮胎模具的实验研究

为了获得激光清洗轮胎模具的工艺参量,采用自主研制的平均功率达250W的脉冲式YAG激光清洗设备开展了轮胎模具激光清洗实验研究。取得了不同激光参量对轮胎模具清洗效果的实验数据,并研究了激光峰值功率、能量密度等参量与轮胎模具清洗速度、清洗效果的关系。结果表明,清洗轮胎模具脉冲YAG激光比CO₂激光更高效;轮胎模具清洗的激光能量密度阈值约为250mJ/mm2,提高激光峰值功率和平均功率能提高清洗速度和清洁效果。此结果为激光清洗设备的研究提供了参考。     

基于COMSOL的激光清洗2219铝合金漆层工艺研究

利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立2219铝合金板表面环氧聚酰胺底漆有限元模型,并在其表面加载经典高斯脉冲热源模拟激光清洗过程。探究了清洗参数的变化对漆层温度场、不同漆层厚度清洗效果及烧蚀深度的影响,通过对仿真结果分析发现,当重复频率为25kHz,功率20W时,在不损伤铝合金基体的前提下,搭接率50和60均能够完全清除环氧聚酰胺底漆。使用型号CETC26thPEL脉冲光纤激光器对实物进行清洗,并利用超景深显微镜观察材料表面微观形貌,发现当能量密度为2294J/cm2时,清洗过程中会损伤铝合金基体,搭接率为70会使得材料表面的粗糙度增大影响涂装性能,研究结果为激光清洗高强度铝合金漆层提供一定的理论与实验基础。     

激光除漆工艺及其对KMN钢表面组织性能的影响

采用波长1064 nm的脉冲光纤激光器对KMN钢表面环氧有机硅漆进行清洗，以搭接率和能量密度作为变量，使用单次清洗和二次清洗两种工艺，探究了激光清洗参数对基体表面粗糙度和重新涂覆漆层附着力的影响，并分析了清洗后基体表面维氏硬度随清洗参数变化的规律和原因。研究结果表明，在能量密度为4.73 J/cm²和搭接率为0.4～0.7参数下，单次清洗漆层难以完全清除干净，需进行二次清洗以去除残余漆块。当第二次清洗搭接率小于0.5且能量密度小于4.25 J/cm²时，基体表层金属熔化导致表面粗糙度小幅下降，但在基体粗糙度高于0.6时，不会影响重新涂覆漆层的附着力。当第二次清洗搭接率大于0.5且能量密度大于4.25 J/cm²时，基材表面熔化和重新凝固引入拉应力，并发生相变和晶粒长大，导致清洗后试样表面硬度低于基材硬度。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

激光表面清洁的实验研究

激光清洁法较之其它方法有其独特的优点。本文采用ＹＡＧ脉冲激光器作光源，对几类表面附着物的清洁进行了实验研究。初步的实验结果表明，清洁效果令人满意。除材料本身性质外，选择合适的表面清洁的重要参数（激光波长和脉冲宽度）可以提高表面附着物的清洁效率并可降低激光对表面基质材料的危害。本文还讨论了与激光清洁过程有关的其它因素和解决方法。     

化学清洗对玻璃表面层光学特性的影响

利用p-偏振双面反射法、原子力显微术及激光损伤实验，对经不同化学清洗的K9平板玻璃基片表面的光学特性进行了综合表征。实验结果表明，经酸洗的玻璃表面，其消光系数明显减小，而光洁度和激光损伤阈值明显提高；通过进一步的碱洗，玻璃表面的光学性能仍可得到一定的改善。另外,随玻璃基片清洗程序的不断深入,p-偏振双面反射法测得的玻璃表面层光学参量的变化趋势，与观测的表面粗糙度及激光损伤阈值的变化趋势一致。     

定向离子清洗对基片表面性质的影响

为提高高功率激光薄膜的抗激光损伤能力，研究了定向离子清洗对玻璃基片表面性质的影响。用End-Hall型离子源在不同清洗参数下对K9玻璃基片进行了清洗，用光学显微镜验证了基片的二次污染和离子的清洗效果，用静滴接触角仪测量了基片在离子清洗前后对水滴的接触角，用原子力显微镜和轮廓仪分别观测了不同参数的离子清洗前后的基片表面形貌和粗糙度，分析了基片清洗后表面性质如清洁、表面能、接触角、表面粗糙度、表面形貌的变化机理。研究表明定向离子清洗可有效去除二次污染、增加基片表面能、控制基片表面粗糙度和表面形貌，是一种有效改善基片表面性质的处理方法。     

准分子激光直接清洗硅片上油脂的实验研究

本文报道了采用输出激光波长为308nm,脉冲宽度为28ns的准分子激光直接清洗硅片上油脂的实验研究,通过改变光束大小或调节激光输出能量来改变基片表面上的激光能量密度,研究激光能量密度对激光清洗效果的影响。从实验中得到硅片的激光清洗阈值为0.2J/cm2,损伤阈值为1.2J/cm2。     

利用激光清洗技术清除砂岩及光学元件表面污染物

激光清洗技术与其他清洗方法（化学清洗、超声波清洗等）相比,具有保证清洗对象无损、清洗效果好、精细和无污染等优点,正在被广泛地研究和应用。根据去除原理的不同,激光清洗技术被分类为干式激光清洗、湿式激光清洗和激光等离子体冲击波等方法。在文物保护领域中,石质文物表面的污染物影响文物美观,更严重威胁着文物的保存。在高功率固体激光装置中,光学元件表面的污染物严重影响了激光系统的正常运行。利用激光清洗技术清除砂岩表面的墨迹污染物以及镀金K9玻璃表面颗粒和油脂污染物,利用显微镜、暗场成像法、紫外可见近红外分光光度计、X射线光电子能谱仪等方式检测清洗效果,结果表明清洗效果良好。     

正畸托槽底板残余粘结剂的激光清洗技术研究

使用托槽粘结技术在初次粘结正畸托槽时,常发生位置不当或脱落的情形,采用激光清洗的新型清洗技术对脱落正畸托槽进行再次利用能够有效减少资源浪费,减轻患者负担。分别使用光纤激光器和KrF准分子激光对脱落金属正畸托槽进行了不同工艺参数条件的辐照实验。实验发现,光纤激光由于其热效应较为明显,托槽清洗效果不太理想;而短脉冲紫外准分子激光,由于其对物质的作用更偏向于光分解反应,热效应较小,能在最大限度不损伤托槽底板的情况下获得高质量的去除效果。研究得出了准分子激光对光固化的丙烯酸类粘结剂的最低去除阈值和完全去除托槽底板残余粘结剂的优化工艺条件。     

激光清洗阈值和损伤阈值的研究

讨论了采用波长为３０８ｎｍ，脉冲宽度为２８ｎｓ的准分子激光清洗基片的实验研究，分析了激光清洗过程中清洗阈值和损伤阈值存在的原因，并对它们进行了定量性推导。