¿Cómo funciona la eliminación del óxido por láser?

Principios básicos

La eliminación de la oxidación por láser se basa principalmente en la interacción térmica entre la luz láser y el material, que abarca específicamente los siguientes procesos físicos:

1. Ablación: El haz láser se enfoca en la capa de oxidación, entregando una densidad de energía extremadamente alta (típicamente entre 10 ^ 8 y 10 ^ 10 W / cm²). Al absorber la energía del láser, la capa de oxidación se calienta rápidamente, se vaporiza o se plasmatiza, creando microexplosiones que levantan la oxidación de la superficie.

2. Expansión térmica y ondas de choque: La capa de oxidación y el sustrato tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. El pulso láser induce un calentamiento rápido, haciendo que la capa de óxido se expanda, se griete y se desprenda. Simultáneamente, la onda de choque generada ayuda adicionalmente en el proceso de eliminación.

3. Efecto fotoquímico (en algunos casos): Los láseres con ciertas longitudes de onda (como los láseres UV) pueden inducir enlaces moleculares en la capa de oxidación para romperse, pero los efectos térmicos generalmente dominan.

Pasos del proceso

Generación de fuente de láser: se utiliza un láser pulsado (tal como un láser de fibra, un láser Nd:YAG o un láser de CO2), típicamente con una longitud de onda de 1064 nm (infrarrojo cercano) y duraciones de pulso que van desde nanosegundos (ns) a femtosegundos (fs). La potencia varía de decenas de vatios a varios kilovatios.

2. Transmisión y enfoque del haz: El láser se transmite a través de una fibra óptica o un conjunto de espejo a un escáner galvo, donde se enfoca en un punto de tamaño de micrón (diámetro del punto 10-100 μm).

3. Superficie de escaneo: un operador o brazo robótico controla la cabeza láser para escanear la superficie oxidada a velocidades de hasta varios metros por segundo. La capa de oxidación se evapora instantáneamente bajo irradiación láser (las temperaturas pueden alcanzar miles de grados Celsius), generando humo y partículas.

4. Eliminación de residuos: la oxidación eliminada es recogida por un sistema de vacío para prevenir la contaminación secundaria. No se generan residuos químicos durante todo el proceso.

Factores que influyen

1. Parámetros del láser: una densidad de energía demasiado alta puede dañar el sustrato, mientras que demasiado baja puede resultar en una eliminación incompleta. Los láseres pulsados son superiores a los láseres continuos porque reducen la disipación del calor.

2. Propiedades del material: Adecuado para metales oxidados como acero, hierro y aluminio; También son eficaces para pinturas y recubrimientos.

3. Control ambiental: El proceso se realiza típicamente bajo una atmósfera inerte (como nitrógeno) para prevenir la reoxidación.