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激光清洗:激光清洗的作用机理

  激光清洗具有无研磨、非接触、低热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点,被认为是最可靠、最有效的解决办法。

  传统清洗工业设备有各种各样的清洗方式,多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天,工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁,且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。而激光清洗具有无研磨、非接触、低热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点,被认为是最可靠、最有效的解决办法。

在工件表面污染物中,工件表面附着物与表面之间的结合主要是由于存在以下各种力:共价键、双偶极子、毛细作用、氢键、吸附力和静电力等。其中毛细力、吸附力和静电力是最难破坏的,激光清洗技术就是要克服这几种力。

 

  这些吸附力要比重力大很多(有几个数量级),并且与粒子直径d有关系,吸附力随着粒子半径减小呈现很慢的线性衰减趋势,而粒子质量m与直径的三次方成正比,由牛顿定律可知F=ma,当粒子尺寸变小时,吸附力所提供的加速度迅速增大。所以,尺寸越小的粒子,清除起来所需的加速度就越大,这就是常规的清洗技术为什么难以清除直径很小的物体表面附着物。

  由于物体表面附着物的成分和结构复杂,激光与之作用的机理也各不相同,用于对此作解释最常用的理论模型有以下几种:

  1、光气化/光分解

  激光器产生的激光,经过光学系统的聚光可以实现能量的高度集中,聚焦后的激光束在焦点附近可产生几千度甚至几万度的高温,使物体表面附着物瞬间气化或分解。

  2、光剥离

  通过激光的作用使物体表面附着物受热膨胀,当物体表面附着物的膨胀力大于其与基体之间的吸附力时,物体表面附着物便会从物体的表面脱离。

  3、光振动

  利用较高频率和功率的脉冲激光冲击物体的表面,在物体表面产生超声波,超声波在冲击中下层硬表面以后返回,与入射声波发生干涉,从而产生高能共振波,使污垢发生微小爆裂、粉碎、脱离基体物质表面,当物体与表面附着物对激光束的吸收系数差别不大,或者表面附着物受热后会产生有毒物质等情况时,可以选用这种清洗手段。

目前,激光清洗设备的结构并没有统一的标准,需要根据实际的清洗方法、基材和污物的种类、清洗要求的效果等因素来决定,但是,它们在一些基本的结构上还是大致相同的,主要包括激光器、移动平台、实时监测系统、半/自动控制操作系统及其他辅助系统等部分。


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