例如,工件表面粘有亚微米级的污染颗粒时,这些颗粒往往粘得很紧,常规的清洗办法不能够将它去除,而用纳米激光辐射工件表面进行清洗则非常有效。还由于激光对工件是无接触清洗,对精密工件或其精细部位清洗十分安全,可以确保其精度。所以激光清洗在清洗行业中优势。
激光为什么能够用来清洗?为什么对被清洗物体不会造成损害呢?了解一下激光的本质。简单来说,激光和在我们身边的如影随形般的光线(可见光和不可见光)没有什么不同,只不过激光是利用谐振腔把光聚集在同一个方向上,并且有较单纯的波长,协调性等性能更好,因此理论上所有波长的光都可以用来形成激光,但实际上受限于能够激发的介质不多,因此能够产生稳定且适合工业生产的激光光源相当有限。被广泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。由于Nd:YAG激光可以通过光纤传输更适合工业应用,因此在激光清洗中也多被采用。
通常,激光烧蚀是指用脉冲激光去除材料,但是如果激光强度足够高,则可以用连续波激光束烧蚀材料。 深紫外光的准分子激光器主要用于光烧蚀。 用于光烧蚀的激光波长约为200 nm。
激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物,达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物;
激光清洗,节省时间;
购买激光清洗系统虽然前期一次性投入较高,但清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低,每小时仅需电费。
等离子体只在能量密度阈值的情况下产生,这个阈值取决于被去除的污染层或氧化层。这个阈值效应对在基底材料安全的情况下进行有效清洁非常重要。等离子体的出现还存在第二个阈值。如果能量密度超过这一阈值,则基底材料将被破坏。为在基底材料安全的前提下进行有效的清洁,根据情况调整激光参数,使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间。
每个激光脉冲去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚,则需要多个脉冲进行清洗。将表面清洗干净所需要的脉冲数量取决于表面污染程度。由两个阈值产生的一个重要结果是清洗的自控性。能量密度阈值的光脉冲将一直剔除污染物,直到达到基底材料为止。然而,因为其能量密度低于基底材料的破坏阈值,所以基底不会受到破坏。
每年全世界的轮胎生产企业制造数亿个轮胎,生产过程中轮胎模具的清洗迅速可靠,以节省停机的时间。传统的清洗方法包括喷沙、超声波或二氧化碳清洗等,但这些方法通常在高热的模具经数小时冷却后,再移往清洗设备进行清洁,清洁所需的时间长,并容易损害模具的精度,化学溶剂及噪声还会产生安全和环保等问题。
激光清洗技术在武器维护保养上广泛应用。采用激光清洗系统,可以、快捷地清除锈蚀、污染物,并可以对清除部位进行选择,实现清洗的自动化。采用激光清洗,不但清洁度化学清洗工艺,而且对于物体表面几乎无损害。通过设定不同参数,还可以在金属物体表面形成一层致密的氧化物保护膜或金属熔融层,提高表面强度和耐腐蚀性。激光清除的废料对环境基本上不构成污染,还可以进行远距离操作,有效减少了对操作人员的健康损害。
激光清洗方法主要有4种:
①激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;
②激光+液膜方法,即沉积一层液膜于基体表面,然后用激光辐射去污;
③激光+惰性气体的方法,即在激光辐射的同时,用惰性气体吹向基体表面,当污物从表面剥离后会立即被气体吹离表面,以避免表面再次污染和氧化;
④运用激光使污垢松散后,再用非腐蚀性化学方法清洗。
常用的是前 3种方法。第4种方法仅见于石质文物的清洗中。
国际上,激光清洗技术对石质材料的应用已有十几年的历史。在我国,石质材料的激光清洗起步较晚。由于激光设备的投资还较为昂贵,普遍化应用还有一定难度。但是激光清洗技术具有传统清洗方法无法比拟的优点,随着技术的不断完善和设备的批量化生产,激光清洗技术必将在石质材料的清洗业中发挥重要的作用。