Как работает лазерное удаление ржавчины?

Основные принципы

Лазерное удаление ржавчины в первую очередь основано на тепловом взаимодействии между лазерным светом и материалом, в частности, охватывающем следующие физические процессы:

1. Абляция: Лазерный луч сосредоточен на ржавчинном слое, обеспечивая чрезвычайно высокую плотность энергии (обычно между 10^8 и 10^10 Вт/см²). После поглощения лазерной энергии слой ржавки быстро нагревается, испаряется или плазматизируется, создавая микровзрывы, которые поднимают ржавку с поверхности.

2. Тепловое расширение и ударные волны: слой ржавчины и подложка имеют различные коэффициенты теплового расширения. Лазерный импульс вызывает быстрое нагревание, вызывая расширение, трещину и отделение слоя ржавки. Одновременно генерируемая ударная волна дополнительно помогает в процессе удаления.

3. Фотохимический эффект (в некоторых случаях): Лазеры с определенными длинами волн (такие как ультрафиолетовые лазеры) могут вызвать молекулярные связи в слое ржавчины, чтобы сломаться, но тепловые эффекты, как правило, доминируют.

Шаги процесса

1. Генерация источника лазера: Используется импульсный лазер (например, волоконный лазер, лазер Nd: YAG или лазер CO2), обычно с длиной волны 1064 нм (ближайший инфракрасный) и длительностью импульса в диапазоне от наносекунд (ns) до фемтосекунд (fs). Мощность варьируется от десятков ватт до нескольких киловатт.

2. Передача луча и фокусирование: Лазер передается через оптическое волокно или зеркальную сборку гальво-сканеру, где он сосредоточен на микронном пятне (диаметр пятна 10-100 мкм).

3. Сканирование поверхности: Оператор или роботизированная рука управляет лазерной головкой для сканирования ржавеющей поверхности со скоростью до нескольких метров в секунду. Слой ржави мгновенно испаряется под лазерным облучением (температура может достигать тысяч градусов по Цельсию), генерируя дым и частицы.

4. Удаление отходов: удаленная ржавчина собирается вакуумной системой для предотвращения вторичного загрязнения. На протяжении всего процесса не образуются химические отходы.

Влияющие факторы

1. Лазерные параметры: Слишком высокая плотность энергии может повредить подложку, в то время как слишком низкая может привести к неполному удалению. Импульсные лазеры превосходят непрерывные лазеры, потому что они уменьшают рассеивание тепла.

2. Свойства материала: Подходит для ржавящих металлов, таких как сталь, железо и алюминий; Они также эффективны для красок и покрытий.

3. Контроль окружающей среды: Процесс обычно осуществляется в инертной атмосфере (например, азот) для предотвращения реокисления.