[发明专利]一种CO2激光/纳秒脉冲激光复合清洗方法

说明书

一种CO₂激光/纳秒脉冲激光复合清洗方法，它涉及材料加工工程领域，本发明的目的是针对CO₂激光清洗容易对基材产生热影响、纳秒激光清洗效率低的问题，本发明将CO₂激光/纳秒脉冲激光复合清洗方法即按照一定的时空关系和能量配比将CO₂激光和纳秒脉冲激光进行复合，用复合后的激光进行清洗，充分发挥CO₂激光和纳秒脉冲激光清洗的优势，在提高清洗效率的同时，尽可能降低对基材的热影响，并利用两种激光复合产生的复合效应降低所需的能耗，获得更加均匀的清洗效果，本发明应用于涂层领域。

技术领域

本发明涉及材料加工工程领域，具体涉及一种用于去除多层复合涂层的CO₂激光/纳秒脉冲激光复合清洗方法。

背景技术

飞机在使用一段时间后，表面会因为外力、太空辐射和各种气流冲刷等原因而导致表面涂层的脱落、龟裂、老化等损伤，因此需要定期对飞机涂层进行维护，维护时需要去掉原有的涂层。目前应用的清洗工艺主要包括溶剂除漆、机械除漆和喷砂除漆。溶剂除漆虽然快速，但是有毒有污染、消耗量大而且成本很高。同时，容易对复合材料部件造成损伤。机械除漆是利用传统手工打磨，这种方法效率低、时耗长、精确度低，还容易造成材料破坏。喷砂除漆容易造成基材损伤，且工作环境差。

1969年，美国加州大学伯克利分校空间科学实验室和核能工程系的S.M.Beadair和 HaroldP.Smith.JR首次提出激光清洗(Laser Cleaning)的概念，自从1974年J.A.Fox在树脂、玻璃以及金属基材上进行表面涂层去除工作后，激光除漆技术得到了科研人员的广泛关注和研究。随着激光技术的进步，激光器成本的降低，该技术已成功地应用于清洗F-16战机的涂层。相比于传统的表面清洗方法，激光清洗具有以下几个优点：

(1)与基材无直接接触，可精确控制，通过调控工艺参数可以避免损伤基材；

(2)激光方向性好，可以照射到工件的任何表面，可以实现全方位的清洗；

(3)激光清洗设备可以与自动化系统相结合，易于实现自动化；

(4)除锈过程中可以对基材表面进行一定程度的热处理，改善表面的形貌与性能；

(5)激光聚焦性好，能精确控制清洗部位；

(6)清洗过程中不产生额外的污染物，绿色环保；

(7)只消耗电能，成本较低。

目前，CO₂激光和光纤激光均可用于激光清洗。CO₂激光脉冲频率低，平均功率高，具有较高的热输入，清洗效率高，由于上述优点，日本宇宙航空研究开发机构将CO₂激光应用于去除CFRP材料表面的底漆和面漆。但由于热输入高，CO₂激光容易对基材表面产生热影响，使基材产生热应力和热变形，甚至造成基材损伤。

纳秒脉冲激光脉冲频率高，热输入小，热扩散深度小，清洗过程中基材温度几乎不发生变化，不会造成基材损伤。意大利米兰理工大学的A.Uccello等已应用纳秒级脉冲Nd：YAG 激光来清洗核电领域托克马克装置中的第一批镜子表面的碳污染的铑膜层。但相比于CO₂激光，纳秒脉冲激光效率较低，不适用于去除较厚的膜层。

发明内容

本发明的目的是针对CO₂激光清洗容易对基材产生热影响、纳秒激光清洗效率低的问题，而提出一种CO₂激光/纳秒脉冲激光复合清洗方法，以充分发挥两种方法的优势，提高清洗效率，减少对基材的损伤。

为了提高激光除漆效率，减小激光除漆过程中基材表面产生的热效应，在清洗过程中可将上述两种激光复合使用，以充分发挥各自的优势，在提高清洗效率的同时，避免清洗过程对基材产生热影响。