激光為什么能夠用來清洗?為什么對被清洗物體不會造成損害呢?了解一下激光的本質。簡單來說,激光和在我們身邊的如影隨形般的光線(可見光和不可見光)沒有什么不同,只不過激光是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上,并且有較單純的波長,協調性等性能更好,因此理論上所有波長的光都可以用來形成激光,但實際上受限于能夠激發的介質不多,因此能夠產生穩定且適合工業生產的激光光源相當有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和準分子激光。由于Nd:YAG激光可以通過光纖傳輸更適合工業應用,因此在激光清洗中也多被采用。
吸收激光能量的深度以及單個激光脈沖去除的材料量取決于材料的光學特性以及激光波長和脈沖長度。 每個激光脈沖從靶標燒蝕的總質量通常稱為燒蝕率。 激光束掃描速度和掃描線覆蓋率等激光輻射特征會顯著影響燒蝕過程。
每個激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚,則需要多個脈沖進行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數量取決于表面污染程度。由兩個閾值產生的一個重要結果是清洗的自控性。能量密度閾值的光脈沖將一直剔除污染物,直到達到基底材料為止。然而,因為其能量密度低于基底材料的破壞閾值,所以基底不會受到破壞。
每年全世界的輪胎生產企業制造數億個輪胎,生產過程中輪胎模具的清洗迅速可靠,以節省停機的時間。傳統的清洗方法包括噴沙、超聲波或二氧化碳清洗等,但這些方法通常在高熱的模具經數小時冷卻后,再移往清洗設備進行清潔,清潔所需的時間長,并容易損害模具的精度,化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。
在歐洲激光清洗系統早已應用在航空工業中。飛機的表面過一定時間后要重新噴漆,但是噴漆之前需要將原來的舊漆完全除去。傳統的機械清除油漆法容易對飛機的金屬表面造成損傷,給安全飛行帶來隱患。如采用多個激光清洗系統,可在兩天之內將一架A320空中客車表面的漆層完全除掉,且不會損傷到金屬表面。
激光清洗方法主要有4種: ①激光干洗法,即采用脈沖激光直接輻射去污; ②激光+液膜方法,即沉積一層液膜于基體表面,然后用激光輻射去污; ③激光+惰性氣體的方法,即在激光輻射的同時,用惰性氣體吹向基體表面,當污物從表面剝離后會立即被氣體吹離表面,以避免表面再次污染和氧化; ④運用激光使污垢松散后,再用非腐蝕性化學方法清洗。 常用的是前 3種方法。第4種方法僅見于石質文物的清洗中。 國際上,激光清洗技術對石質材料的應用已有十幾年的歷史。在我國,石質材料的激光清洗起步較晚。由于激光設備的投資還較為昂貴,普遍化應用還有一定難度。但是激光清洗技術具有傳統清洗方法無法比擬的優點,隨著技術的不斷完善和設備的批量化生產,激光清洗技術必將在石質材料的清洗業中發揮重要的作用。