激光清洗原理及应用(4)

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相比之下，激光清洗有着显著的优势。激光清洗是一种绿色清洗方法,不需使用任何化学溶剂和清洗液,清洗下来的废渣基本上都是固体粉末,体积小,易于存放，不会造成环境污染。激光清洗的无研磨和非接触性可以避免损伤基体表面，也不会产生二次污染。激光可通过光纤传输,与机器手配合可实现远距离操作,能有效清洗不易达到的部位, 可以对危险地方进行清洗。激光清洗的对象非常广泛，能够清除多种物质表面的附着物,达到传统清洗无法达到的清洁度。而且不损伤基体表面。清洗效率高,节省时间。可以很容易地实现自动化操作，清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低。

2.4 影响激光清洗效果的因素

激光清洗去除一定表面积内的微粒子数与清洗前的微子数的比值，为清洗表面的洁净度。它是衡量激光清洗效果的主要指标。激光束的波长、能量密度、脉冲次数、偏振状态、入射方向、使用的气流以及被清洗物体的材料和附着物的性质、大小等，都对清洗效果有影响。[14]

1.波长。同一清洗对象对不同波长激光的吸收率不同，穿透深度不同，作用时发生的物化过程也不同，从而有不同的清洗效果。要根据具体的清洗对象选择合适波长的激光器。

2.能量（功率）密度。单位面积清洗力峰值随能量密度线性增加。洁净度也随能量密度大致呈线性增加。当能量密度过低，单位面积清洗力太小时，不能产生清洗效果。对一定波长的激光束，只有当能量密度达到阈值时，才能产生清洗效果。

3.脉冲宽度。当激光单脉冲的能量一定时，脉冲宽度能影响物体表面沿激光照射方向上的温度分布。当激光脉冲的能量密度较低，不能有效实现有效清洗时，采用较短的脉宽，可以使激光能量更集中于物体表面，达到激光清洗的阈值要求。当激光脉冲的能量密度较高时，采用较宽的脉宽，使激光能量的分布更分散，增加激光作用的深度范围，加快脱漆速度。

4.脉冲次数。在高于能量密度阈值的脉冲激光束照射下，物体表面的洁净度随脉冲次数增加而提高。为避免损伤被清洗物体表面，可采用较低的能量密度，通过增加脉冲次数来获得高的洁净度。而在不损伤基体表面的条件下，选用较高的能量密度，减少脉冲次数，可以提高清洗效率。

5.光束偏振状态。对于沉积的金属薄膜和具有压电或电磁性的材料，采用偏振光清洗效果更好。

6.基体材料和附着物。不同的基体和附着物，清洗工艺参数有着明显差异。[15]

以上对影响激光清洗效果的因素的讨论较为简略，在本文的第二部分中，将以激光脱漆为例，对其进行详细、系统的讨论分析。

3 对激光清洗（脱漆）的具体应用研究

工业上，广泛采用涂漆技术进行材料防锈防蚀，油漆层出现剥离或脱落时需重新涂漆，要对原有油漆层进行清除。飞机、轮船等每隔几年就要脱漆一次。传统的方法主要采用机械和化学法，机械法劳动强度大，噪声大，容易损伤基体，清洗效果差；化学法污染环境，不能局部清洗。相比之下，激光脱漆技术有着明显优势：经济、高效、快速、便于自动控制；脱漆过程中产生的废弃物为固体粉末，容易收集，不会污染环境。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

以下以激光脱漆为研究对象，通过对激光脱漆进行详细研究的过程，指出对激光清洗进行研究一般的方法、角度、理论依据。

3.1 适合做激光脱漆的激光器

使用激光清洗时，针对不同的表面附着物，要选择不同波长的激光。因为，不同波长的激光，其透射能力不同，不同物质对同一波长的激光的吸收能力也不同。根据不同的材料，选用不同波长的激光，可以提高激光清洗的效率。对同一物质进行清洗时，若使用短波长激光，则清洗阈值低，但吸收深度浅，若使用长波长激光，则清洗阙值高，但吸收深度长。清洗领域常用的激光器有Nd：YAG激光器(1064nm)、CO2激光器(10.6 m)、KrF准分子激光器(248nm)等。国外关于激光清洗的研究应用表明[16]，当清洗的精度要求较高时，如半导体电路元件以及光学镜片表面颗粒污染物的清洗，宜选用KrF准分子激光器;而在对清洗精度要求较低，对清洗效率和成本要求较高时，比如脱漆领域，最适合的激光器是脉冲式的Nd：YAG激光器和CO2激光器。因为金属对长波长的激光吸收弱，对短波长激光吸收强，所以采用1064nm的Nd：YAG激光或10.6 m的CO2激光器有利于保护金属基底。而且，使用Nd：YAG激光器和CO2激光器可以提高激光的穿透深度，使同一时刻受到清洗作用的漆层厚度更大，加快脱漆的速度。之所以选用脉冲激光器，是因为连续波激光器的功率密度低，能量在时间上不集中，造成清洗效率低，大量的光能都散失被基体吸收了，这样还不利于清洗处表面的散热，会引起基体表面温度的明显升高，很容易损伤机体，故不采用连续波激光器。由此可知，最适合激光脱漆的，应该是具有长波长、高功率、高重复率的脉冲激光。TEACO2激光器和声光调Q的Nd：YAG激光器具备以上特点，在目前的金属工件脱漆领域中得到了广泛应用。