Лазерлік тазалау: механизмі, сипаттамалары және қолданылуы
Қолданбаның негізі
Өнеркәсіптік және басқа да салаларда химиялық тазалау және механикалық ұнтақтау сияқты дәстүрлі тазалау әдістері ұзақ уақыт бойы басым болды. Химиялық тазалау көп мөлшерде химиялық қалдық сұйықтықтың пайда болуына әкеледі, бұл қоршаған ортаның ластануына әкеледі және кейбір дәлдік компоненттеріне коррозия қаупін тудыруы мүмкін. Механикалық ұнтақтау беткі ластаушы заттарды кетіре алса да, ол негізді зақымдауға бейім, күрделі пішінді компоненттерді өңдеу кезінде нашар нәтижелерге қол жеткізеді, операторлардың денсаулығына қауіп төндіретін шаңның ластануын тудырады және жоғары дәлдіктегі тазалау талаптарын орындауда қиындықтарға тап болады.
Аэроғарыш, теміржол транзиті және теңіз кемелері сияқты жоғары деңгейлі өндіріс салаларының қарқынды дамуымен компоненттерді тазалау талаптары барған сайын қатаңдана түсті. Әуе қозғалтқышының ауа кіретін тесіктері, жоғары жылдамдықты теміржол вагондарының кузовтары және кеме люктерінің қақпақтары сияқты ірі және күрделі компоненттердің бетінің сапасы өнімнің өнімділігі мен қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді. Бұл компоненттер тек үлкен өлшемдер мен күрделі пішіндерге ғана емес, сонымен қатар өте жоғары тазалау дәлдігін, тиімділігін және бетінің тұтастығын талап етеді. Дәстүрлі тазалау әдістері енді заманауи өндірістің даму қажеттіліктерін қанағаттандыра алмайды.
Әлемдік экологиялық хабардарлықтың артуы аясында өңдеу өнеркәсібі ластаушы заттардың шығарындыларын және ресурстарды тұтынуды азайту қысымына тап болады. Жасыл тазалау технологиясы ретінде лазерлік тазалау химиялық ластанудың болмауы, энергияны аз тұтыну және жанаспайтын тазалау сияқты артықшылықтарды ұсынады. Ол дәстүрлі әдістерден туындаған экологиялық мәселелерді тиімді шешеді, тұрақты даму стратегияларымен үйлеседі және әртүрлі салаларда қолданбаларға сұраныстың күрт өсуіне куә болды.
Лазерлік тазалау технологиясы: механизмі
Лазерлік тазалау - материал беттерімен әрекеттесу үшін жоғары энергиялы тығыздықтағы лазер сәулелерін пайдаланатын, ластаушы заттардың немесе жабындардың негізден қабыршақтануына немесе ыдырауына әкелетін, осылайша тазалауды жүзеге асыратын технология. Лазерлік тазалау процесі термиялық абляция, кернеу дірілі, термиялық кеңею, булану, фазалық жарылыс, булану қысымы және плазмалық соққы сияқты бірнеше физикалық механизмдерді қамтиды. Бұл механизмдер тиімді тазалау үшін тазалау нысанасын негізден бөлу үшін бірге жұмыс істейді. Тазалау ортасына байланысты лазерлік тазалауды құрғақ лазерлік тазалау, дымқыл лазерлік тазалау және ... деп бөлуге болады.лазерлік соққы толқынымен тазалау.
Құрғақ лазерлік тазалау
Құрғақ лазерлік тазалау қазіргі уақытта ең кең таралған лазерлік тазалау әдісі болып табылады. Ол субстрат бетіне тікелей сәуле түсіру үшін лазер сәулелерін пайдаланады, бұл субстраттың термиялық кеңеюіне және ван-дер-Ваальс күштерін жеңуге және ластаушы заттарды кетіруге әкеледі.
- Лазер қарқындылығы: Лазер энергиясының тығыздығының айтарлықтай өзгерістері тазалау нәтижелеріне әсер етеді. Төмен энергия қарқындылығында булану және фазалық жарылыс басым болады; жоғары энергия тығыздығында булану қысымы мен соққы әсерлері де рөл атқарады. Өте жоғары энергия плазмамен байланысты мәселелерге әкелуі мүмкін. Тазалау әдетте субстратты қорғау үшін төмен энергия тығыздығында жүзеге асырылады.
- Лазердің толқын ұзындығы: Толқын ұзындығы материалдың энергия байланысымен байланысты. Қысқа толқын ұзындықтарында фотохимиялық абляция басым, ал ұзын толқын ұзындықтарында фототермиялық абляция басым. Толқын ұзындығы сонымен қатар бөлшектер мен субстрат арасындағы күштер мен температураның таралуына әсер етеді, осылайша тазалау күші мен тиімділігіне әсер етеді, бұл әртүрлі материалдарға әртүрлі әсер етеді.
- Импульс ені: Қысқа және ұзын импульстардың тазалау механизмдері әртүрлі. Ұзын импульстардың абляция әсері күшті, бірақ селективтілігі нашар; қысқа импульстар жоғары температура мен соққы толқындарын тудырып, ластаушы заттарды минималды зақыммен кетіре алады. Ультра жылдам лазерлік импульстар «суық абляция» механизмі бойынша жұмыс істейді.
- Түсу бұрышы: Тік сәулелену ластаушы бөлшектердің лазерді бітеуіне әкеледі; көлбеу сәулелену тазалау тиімділігін арттырады.
Ылғалды лазерлік тазалау
Ылғал лазерлік тазалау сұйық пленка көмегімен жүзеге асырылады. Тазартылатын дайындаманың бетіне сұйық пленка алдын ала жағылады, ал тікелей лазерлік сәулелену сұйықтықты тез қыздырады, бұл беткі ластаушы заттарды негізнен кетіру үшін күшті соққы күштерін тудырады.
Лазерлік соққы толқындарын тазалау
Лазерлік соққы толқынымен тазалау құрғақ лазерлік соққы толқынымен тазалау және гибридті лазерлік соққы толқынымен тазалау болып жіктеледі. Құрғақ лазерлік соққы толқынымен тазалауда лазерлік фокустау соққы бөлшектеріне плазма түзеді, тікелей сәулеленуден болатын зақымдануды болдырмайды, бірақ соқыр дақтарды қалдырады — мұны түсу бұрышын реттеу немесе қос сәулелі тазалауды қолдану арқылы жақсартуға болады. Гибридті лазерлік соққы толқынымен тазалауға бумен, су астындағы және дымқыл лазерлік соққы әдістері кіреді. Ол тығыздық сияқты сұйықтық қасиеттеріне байланысты ластаушы заттарды кетіру үшін сұйықтыққа байланысты әсерлерді пайдаланады және айтарлықтай артықшылықтары бар кең қолданысқа ие.
Қолданбалар
Аэроғарыш: Титан қорытпасынан жасалған ауа қабылдағыштардағы оксидті қабықшалар
Наносекундтық импульсті лазермен тазалау титан қорытпасынан ауа кіретін беттерден оксид қабықшаларын кетіруде тамаша нәтижелерге қол жеткізеді. Оның төмен жылулық әсері негіздің екінші реттік тотығуына жол бермейді, бұл оны тамаша тазалау әдісіне айналдырады.
- Құрғақ тазалау механизмі: Термиялық абляция - негізгі механизм. Лазер энергиясы оксид қабықшасына әсер еткенде, бет көп мөлшерде энергияны сіңіреді, энергия қарқындылығына негізделген абляция механизмін өзгертеді және әртүрлі беттік морфологияларды қалыптастырады. Төмен энергия кезінде оксид қабықшасы минималды балқытылған аймақтармен ішінара жойылады; орташа энергия кезінде оксид қабықшасы толығымен жойылады, бұл аз зақымданумен болады; жоғары энергия кезінде оксид қабықшасы жойылғанымен, субстраттың айтарлықтай зақымдануы орын алады, бұл жота тәрізді беттік құрылымдарды қалыптастырады.
- Ылғал тазалау механизмі: Төмен энергия тығыздығында негізгі механизм лазерлік соққы толқындары болып табылады; жоғары энергия тығыздығында термиялық абляция және фазалық жарылыс басым болады. Тазалау кезінде титан қорытпасын тез салқындату және қыздыру мартенситті титан қорытпасын түзеді. Энергия тығыздығы белгілі бір мәнге жеткенде, беті наноқұрылымды шығыңқы бетке айналады, бұл титан қорытпа материалдарын кейіннен қолдану үшін өте маңызды.
Жоғары жылдамдықты теміржол: Алюминий қорытпасынан жасалған автомобиль кузовтарын бояу
Бояудың қалыңдығы және тазалау әдістері: Жоғары жылдамдықты рельсті алюминий қорытпасынан жасалған вагон кузовтарындағы бояуды тазалау үшін қолайлы лазерлік тазалау әдістері бояудың түсі мен қалыңдығына байланысты өзгереді.
- Жұқа бояу (қалыңдығы ≤ 40 мкм): бояуды сіңіру жылдамдығы төмен толқын ұзындығы бар лазерлік жарық көздері термиялық дірілдің арқасында жақсы нәтижелерге қол жеткізеді.
- Қою бояу: бояуды сіңіру жылдамдығы жоғары толқын ұзындығы бар лазерлік жарық көздері қажет, оларды кетіру үшін абляция механизмін қолдану керек.
- Қызыл бояуды кетіру: Қызыл бояуды кетірудің негізгі механизмі - діріл. Тазалау кезінде лазер энергиясы негізге енеді, ал негіз температурасының көтерілуінен пайда болатын термиялық кернеу бояудың қабыршақтануына әкеледі. Алюминий қорытпасының бетінде қалдық бояудың бос тор тәрізді морфологиясын қалдырып, бояу қабатын толығымен алып тастауға болады.
- Көк бояуды кетіру: Лазер энергиясының бірдей түсуімен көк бояу қызыл бояуға қарағанда жоғары температураға жетеді, бірақ субстраттың термиялық кернеуін төмендетеді. Бояу температурасы қайнау температурасына жеткенде, ол булану арқылы жойылады, бұл деламинация, жану және плазмалық соққы сияқты байланысты механизмдермен бірге жүреді.
Теңіз кемелері: жоғары беріктіктегі болаттан жасалған корпус беттеріндегі тот
- Тотты кетіру үшін химиялық тазалау: Жоғары беріктіктегі болат корпустардағы тотты химиялық тазалау кезіндегі негізгі кетіру механизмі - энергия сіңіру кезінде оксид қабықшасының булануы. Беттік оксидтердің булануы кезінде пайда болатын төмен қарай бағытталған реакция күші қалың оксид қабықшаларын кетіруге көмектеседі.
- Сұйық пленка көмегімен лазерлік тотты кетіру: Негізгі механизм - энергия сіңіру кезінде сұйықтық тамшыларының фазалық жарылысы, тот қабаттарын кетіру үшін соққы күштерін тудырады. Сұйық пленканың жарылғыш қайнауы фазалық жарылыс механизмінің тотты кетіруге әсерін күшейтеді, бұл беткі оксид қабықшаларын жақсы кетіруге мүмкіндік береді, бірақ терең енген оксидтермен күреседі. Тот қабатын кетірудің әртүрлі механизмдері беткі балқытылған металдың ағынына әсер етеді: фазалық жарылыстан көлденең итеру балқытылған қабаттың ағынын тегіс бетке айналдырады, ал буланудан пайда болған оксид буы сұйық металдың шұңқырларды толтыруына кедергі келтіреді.
Теңіз ортасы: Алюминий қорытпасынан жасалған беттердегі теңіз микроорганизмдері
- Лазер параметрлері және тазалау әсерлері: тар импульс ені және жоғары шың қуаты бар лазерлер алюминий қорытпасының беттеріндегі теңіз микроорганизмдерін тазалаудың тамаша нәтижелеріне қол жеткізеді.
- Микроорганизмдерді жою механизмі: Жасушадан тыс полимерлі зат (EPS) қабаты мен шырышты қабықшалар үшін лазерлік жою механизмдері сәйкесінше абляциялық булану және соққы толқынын жою болып табылады. Микробтық макромолекулалардың жеке тізбектері мультифотонды сіңіру кезінде үзіліп, көптеген атомдарға ыдырайды. Плазмалық шок пен абляция механизмдерінің біріккен әрекеті кезінде теңіз микроорганизмдері тиімді түрде жойылады.
- Бояу және теңіз микроорганизмдері сияқты органикалық заттар үшін: лазерлік энергия тығыздығы төмен болған кезде фотохимиялық әсерлер химиялық байланыстарды үзеді, бұл тозуға, түсінің өзгеруіне немесе белсенділіктің жоғалуына әкеледі. Энергия тығыздығы артқан сайын абляция, булану, жану жалыны және плазмалық соққы сияқты құбылыстар пайда болады. Оксид пленкалары мен тот сияқты бейорганикалық заттар үшін: энергия тығыздығы төмен болған кезде ешқандай өзгерістер болмайды; энергия артқан сайын абляция және булану пайда болады.
-
Мәдени мұраны лазерлік тазарту
Импульсті лазерлер мәдени мұраны сақтауда маңызды рөл атқарады, тас артефактілері, қағаз артефактілері және металл артефактілері сияқты мәдени жәдігерлерді бұзбайтын және жоғары дәлдіктегі тазалау талаптарына сай келеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 18 қараша
