基于LIBS及时间分辨特征峰的激光除漆机理研究

陈 林 ，邓 国亮 ，冯 国英 ，薛红艳 ，李 嘉琦
四川 大 学 电子 信 息 学 院激 光 微 纳 工 程 研 究 所 ，四川 成 都 ６１００６５
摘 要 激 光 除 漆 是 一 种 高 效 、清 洁 的 新 型 清 洗 技 术 ，对 激 光 除 漆 物 理 过 程 和 机 理 的研 究 是 该 技 术 发 展 的 关键 。基 于 ＬＩＢＳ技术 ，测量得到油漆去除过程 中等离子体的发光光谱 ，计算 出油漆样 品去除前后等离子 体 的电子密度和温度 ，研究 了油漆 中特征元素对应 的光谱特征 峰强度 随时间的变化 情况 。结果表明 ，随着激光 作用脉 冲数量 的增加 ，油漆去除深度逐渐增加 ，等离 子体 电子密度 和温度 在将漆去 除干净 的最后几个 脉冲 作用时呈下降趋势 。油漆 中 ｒｒｉ元素 的所对应 的特征峰信号持续 时间为 ２个 ｓ，油漆去除前后信号强 度呈现 跳跃减少 ，该现象可用于快速 、准确 、实 时的判断油漆 去除情况 。
收 稿 日期 ：２０１７—０５—０５，修 订 日期 ：２０１７—１０—１６ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（１１５７４２２１）资 助 作者简介 ：陈 林 ，１９９０年生 ，四川大学 电子信息学 院激光微纳工程研究所硕士研究生
＊通 讯 联 系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｉｎｇ ｆｅｎｇ＠ ８Ｃｔ１．ｅｄｕ．ｃｎ ＿
第 ３８卷 ，第 ２期 ２ ０ １ ８年 ２ 月
光 谱 学 与 光 谱 分 析
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏ１．３８，Ｎｏ．２。ｐｐ３６７—３７１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ， ２０１８

基 于 ＬＩＢＳ及 时 间 分 辨 特 征 峰 的 激 光 除 漆 机 理 研 究
１ 实验部分
采用 电光调 Ｑ的 Ｎｄ：ＹＡＧ激光器 （１ ０６４ ｎｍ，１０ ｒｌｓ，１ Ｈｚ，２５ ｍＪ），脉冲激光经过焦距 为 ２０ ｅｌＴＩ的透镜 聚焦于样 品 表 面 ，聚 焦 后 的 光 斑 直 径 约 为 ３００／ｘｍ，使 用 的样 品为 均 匀 喷 涂 在 金 属 铝 基 板 表 面 的 白 色保 赐利 自动 喷 漆 ，油 漆 厚 度 约 为 １８０ ｐ．ｍ。样 品固定放置在三维移动平 台上 ，每次移 动间隔为
关键词 激光诱导击穿光谱 ；等离子体 ；时间分辨 ；电子温度 ；电子密度 ；除漆 中图分类号 ：ＴＮ２４９ 文献标识码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４￣．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１８）０２—０３６７—０５
引 言
油 漆 能 够 很 好 地 保 护金 属基 底 ，在 工 业 生 产 的很 多 领 域 有着较 为广泛的应用 。长期使 用后 ，油漆会 出现 老化 、破裂 等情况 ，使金属基底失 去保护 。一些 大型设 备如 飞机 、船舶 和桥梁等 在使 用一定年限后 ，需要 去除其 表面油 漆 ，进 行重 新涂装 。传统的物理除 漆法 和化学 除漆 法都具 有很 多缺 点 ： 物理 除漆所使 用的工具 会对金属基底造成一定 损伤 ，且效率 低 、资源浪费 严重 ；化 学 除漆 所 使 用 的溶 剂会 对 人 体 有危 害 ，并 且 对 环 境 的 二 次 污 染 严 重 。激 光 除 漆 作 为 一 种 全 新 的 清洗 技术 ，以其 环境污染 小 、除漆效率 高 、可实 时监控 、能 准 确 定 位 清 洗 、可 操 作 自动 化 等 优 点 ＿１ ］，逐 渐 成 为 工 业 生 产 中主要 的除漆方 式 。
激 光 除漆 作 为 一种 新 型 的 清 洗 技 术 ，已 得 到 了广 泛 的 研 究 ｌ３ ］。在 激 光 除 漆 过 程 中 ，激 光 脉 冲 作 用 于 油 漆 表 面 ，发 生 振 动、烧蚀 、蒸 发等一系列 复杂 的物理过程 。研究 人员 对这 一 过程定性解 释为振动效应＿６］、烧蚀效 应＿７］、表面 冲击波效 应 ＿ｇ］、等离子体效应＿９ 等清洗机制 。ＲｅｂｏｔｌａｒＥ” 和 ＣｈｅｎＥ“ 等 的研究支 持激 光除漆过程 的清洗 机制 ，同时引入 ＬＩＰＳ技术 对油漆 中元 素含 量 和成 分进 行 了分 析 。激 光诱 导击 穿 光谱 （ＬＩＢＳ）技 术 是 一 种 检 测 原 子发 射谱 线 的 典 型 方 法 ，可 以 对 油 漆等离子体光谱进 行检测和分析 ，广泛应 用于激光 清洗的很 多领域 。Ｓｃｈｏｌｔｅｎ等 ＿】 利用强激光照射 污染物样 品表 面，使
本文结合 ＬＩＢＳ技术分析 了油漆 去除前 后 ，特 征元 素信 号强度 随激光脉 冲数 的变化情况 ，计算了油漆等离 子体的 电 子密度和温度 ，分析了其对应的物理 过程。通 过结合烧蚀 形 貌 和油漆 中特征元素 的时间演变信号 ，研究 了多脉 冲激 光除 漆 过 程 。通 过 实 验 结 果 ，提 出 了～ 种 激 光 除 漆 效 果 判 定 的 方 法 ，可对激 光清洗进 行实 时、快 速、准 确的判断 ，大大 降低 了金属基板 的损伤风 险，达到高效清洗 目的 。本 工作对激 光 除 漆 过 程 研 究 及 清 洗 效 果 的判 定 具 有 着 重 要 意 义 。
其发生烧蚀反应 ，进 而产生等离子体 ，并 对等 离子体 中相关 元素的发射光谱进行 探 ？贝０和分 析。Ｃｏｓｔｅｌａ等口 使 用脉 冲激 光对城市建筑涂鸦进 行清 除，使用 ＬＩＢＳ技 术对涂 鸦去 除效 果 进 行 了分 析 和 评 估 。这 些 基 于 ＬＩＢＳ技 术 的 应 用 为 更 深 一 步研究激光 除漆 提供 了依据 。同时 ，ＬＩＢＳ光谱 中特征元素信 号 的时 间演 变 特 性 ，包 含 了 其 对 应 的 物 理 过 程 的 发 生 、演 化 等物理信息 。目前 ，结合 ＬＩＢＳ光谱及 特征元 素时 变信 号对 多脉 冲激光 除漆过程 的研究还相对较少 。