كيف تعمل إزالة الصدأ بالليزر؟

المبادئ الأساسية

تعتمد إزالة الصدأ بالليزر في المقام الأول على التفاعل الحراري بين ضوء الليزر والمادة ، وتشمل على وجه التحديد العمليات الفيزيائية التالية:

1. التخلص: يركز شعاع الليزر على طبقة الصدأ ، مما يوفر كثافة طاقة عالية للغاية (عادة ما تتراوح بين 10 ^ 8 و 10 ^ 10 واط / سم مربع). عند امتصاص طاقة الليزر ، تسخن طبقة الصدأ بسرعة أو تتبخر أو تتبلزمز ، مما يخلق انفجارات صغيرة ترفع الصدأ من السطح.

2. التوسع الحراري وموجات الصدمة: طبقة الصدأ والركيزة لديها معامل التوسع الحراري المختلفة. النبض الليزري يحفز التدفئة السريعة ، مما يسبب توسع طبقة الصدأ وتصديق وتفصل. وفي الوقت نفسه، تساعد موجة الصدمة التي تولدها أكثر في عملية الإزالة.

3. تأثير الكيمياء الضوئية (في بعض الحالات): يمكن للليزر مع أطوال موجية معينة (مثل الليزر الأشعة فوق البنفسجية) تحفيز الروابط الجزيئية في طبقة الصدأ لكسر، ولكن التأثيرات الحرارية تهيمن عموما.

خطوات العملية

1. جيل مصدر الليزر: يستخدم الليزر النبضي (مثل ليزر الألياف ، ليزر Nd: YAG ، أو ليزر CO2) ، وعادة ما يكون الطول الموجي 1064 نانومتر (الأشعة تحت الحمراء القريبة) ومدة النبض تتراوح من نانوثواني (ns) إلى فيمتوثواني (fs). تتراوح الطاقة من عشرات الواتات إلى عدة كيلوواتات.

2. نقل الشعاع والتركيز: يتم نقل الليزر عن طريق تجميع الألياف البصرية أو المرآة إلى الماسح الضوئي Galvo ، حيث يركز على بقعة بحجم الميكرون (قطر بقعة 10-100 ميكروم).

3. مسح السطح: يتحكم مشغل أو ذراع روبوتي في رأس الليزر لمسح السطح الصدأ بسرعات تصل إلى عدة أمتار في الثانية. تتبخر طبقة الصدأ على الفور تحت إشعاع الليزر (يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى آلاف درجات مئوية) ، مما يولد الدخان والجسيمات.

4. التخلص من النفايات: يتم جمع الصدأ الذي تم إزالته بواسطة نظام فراغ لمنع التلوث الثانوي. لا يتم توليد أي نفايات كيميائية خلال العملية بأكملها.

العوامل المؤثرة

1. معايير الليزر: كثافة الطاقة العالية جدا قد تضر الركيزة، في حين أن منخفضة جدا قد تؤدي إلى إزالة غير كاملة. الليزر النبضي متفوق على الليزر المستمر لأنه يقلل من تبديد الحرارة.

2. خصائص المواد: مناسبة للمعادن الصدأ مثل الصلب والحديد والألومنيوم ؛ كما أنها فعالة للطلاء والطلاء.

3. التحكم البيئي: عادة ما يتم تنفيذ العملية تحت جو خامل (مثل النيتروجين) لمنع إعادة الأكسدة.