金属材料表面的激光抛光研究进展
激光加工技术在金属材料加工中的应用研究
激光加工技术在金属材料加工中的应用研究激光加工技术是一种先进而高效的金属材料加工技术，在近年来得到了广泛应用。
本文旨在介绍激光加工技术在金属材料加工中的应用研究进展。
一、激光加工技术概述激光加工技术是利用能量密度极高、发射连续的激光束对工件表面进行加工的一种高精度、高效率的加工方式。
激光束的高功率和微小的聚焦尺寸可以实现对各种材料的精密切割、穿孔、焊接和表面处理等工艺，大幅提高加工效率和质量。
激光加工技术在国防工业、航天航空、汽车工业、电子工业、精密制造等领域都有广泛应用。
二、激光切割技术在金属加工中的应用激光切割是激光加工技术的一种常见应用方式，主要应用于金属板材的加工。
激光切割的切割速度、精度、耗能，以及制品的裂纹形态、粗糙度等成效受到各种要素的影响。
现在通过合适的参数进行激光切割技术的研究，可以达到极高的切割质量要求。
对于平面板材的切割，由于受限于激光束直线传播而不适用于复杂曲面的切割。
对于高速、浅成形产品的产线加工,激光切割的特点之一是切口变形小。
三、激光钻孔技术在金属加工中的应用激光钻孔技术也是激光加工技术的一种典型应用方式，主要应用于金属零件加工中的装配和修补工作。
激光钻孔不受工件厚度的限制，可钻不同直径的坑，钻孔深度可达到数毫米到数厘米的范围，因此激光钻孔普遍应用于汽车零部件、电子器件等工业领域。
激光钻孔的特点是能够产生深度大、直径小的精细孔洞，同时在不同的金属表面制造出高精度的孔洞，而且具有高加工速度、生产率高、不必对金属表面进行处理等方面优点。
四、激光焊接技术在金属加工中的应用激光焊接技术是激光加工技术的另一种典型应用方式，主要应用于金属板材、管材及各种厚板的搭接焊接等工艺。
激光焊接具有焊缝小、质量好、高密度、高效率、环境友好等优点，使其成为一种越来越被广泛应用的金属加工技术。
激光焊接的特点是可以在短时间内实现对细小零件的焊接，即使是金属材料之间不相容的焊接也可以完美解决。
激光焊接还可以利用多液滴合并、双激光束同步焊接等方式，增强焊接质量、缩短焊接时间、提高焊接工艺的稳定性。
激光技术在材料加工中的应用研究进展
激光技术在材料加工中的应用研究进展在现代工业领域，材料加工是一个至关重要的环节，而激光技术的出现为这一领域带来了革命性的变化。
激光凭借其高能量、高精度、高可控性等独特优势，在材料加工中展现出了广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
激光切割是激光技术在材料加工中的一项重要应用。
与传统的切割方法相比，激光切割具有更高的精度和更小的热影响区。
它能够在各种材料上，如金属、塑料、玻璃等，实现复杂形状的精确切割。
无论是薄板还是厚板，激光切割都能游刃有余。
在汽车制造、航空航天等领域，对零部件的精度和质量要求极高，激光切割技术成为了不可或缺的加工手段。
例如，汽车车身的钣金件可以通过激光切割实现高精度的成型，大大提高了汽车的整体质量和性能。
激光焊接也是激光技术在材料加工中的关键应用之一。
激光焊接能够实现高强度、高质量的连接，尤其适用于对焊接质量要求严格的场合。
例如，在电子设备的制造中，微小的电子元件需要进行精确的焊接，激光焊接技术可以在不损伤元件的情况下完成高质量的焊接工作。
此外，在船舶制造、石油化工等大型结构的焊接中，激光焊接能够提高焊接效率，减少焊接变形，保证结构的安全性和可靠性。
激光打孔是另一个重要的应用领域。
它可以在各种材料上加工出微小而精确的孔，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
例如，在航空发动机的叶片上，需要加工出大量的冷却孔，以保证发动机在高温环境下的正常运行。
激光打孔技术能够实现这些微小孔的高精度加工，提高叶片的冷却效果和使用寿命。
激光表面处理是激光技术在材料加工中的又一重要方向。
通过激光的作用，可以对材料表面进行改性、淬火、熔覆等处理，提高材料的表面性能。
例如，在模具制造中，通过激光淬火可以显著提高模具表面的硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。
在金属材料的表面处理中，激光熔覆技术可以在材料表面制备出高性能的涂层，提高材料的耐腐蚀性和抗氧化性。
随着激光技术的不断发展，飞秒激光、超快激光等新型激光源的出现为材料加工带来了新的机遇。
激光技术在金属材料加工中的新应用研究
激光技术在金属材料加工中的新应用研究摘要：激光技术是20世纪一项举世瞩目的科技成就，激光技术的发展极大推动了人类各项事业的发展。
近年来，激光技术在诸多领域广泛应用，包括农业、工业、国防、科研等。
现阶段，激光技术由于其自身独特的优势，已成为材料领域最重要的一项发展因素，但在各种限制因素的影响下，却没有充分发挥其价值和潜能，因而对激光技术在金属材料加工中的新应用展开探讨具有重要现实意义。
关键词：金属材料；加工工艺；激光技术；新应用目前,我国在金属加工工艺中对于激光技术的传统应用如激光切割、激光焊接、激光钻孔已经比较成熟,但是激光技术中的新应用并没有被人们广泛了解和掌握。
本文就将着重探讨关于激光技术的一些新应用,发挥激光技术在金属材料加工中的新价值和潜能。
1激光加工技术的原理激光为一种光，其除了具有一般光的共性外，还具有亮度、强度高、单色性好、相干性好和方向性好等特性，而激光加工过程就像充分利用了激光的这些特性，具体加工原理就是利用能量密度极高的聚焦的激光照射工件，被照射工件的加工区域温度达到数千摄氏度，甚至上万摄氏度的高温将材料瞬时熔化、蒸发，并在热冲击波的作用下，将熔融材料爆破式喷射去除，达到相应加工目的。
因此，可以利用激光进行各种材料的切割、焊接、打孔等加工。
整个加工过程包括了：激光束照射待加工工件；待加工工件吸收激光束能量；光束能量转变为热能使待加工工件无损加热；待加工工件被熔化、蒸发、汽化并溅出去除或破坏；作用结束和加工区域冷凝。
2激光加工技术的特点激光加工特点具有：激光瞬时功率密度高、几乎可以加工任何高硬、耐热的材料，如传统热源不易加工的陶瓷、半导体等材料；激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可调，因而可以加工任何复杂图形及微纳米级别的精密微细加工；非接触加工，从而没有明显的机械应力，没有工具损耗；加工速度快、热影响区小；适应性强，激光加工能够适用于正常的大气环境，同时适用真空环境或其他特殊的环境，展现了激光加工实用性强的优势，能够与其他设备集成容易实现加工过程的自动化控制等特点。
脉冲光纤激光抛光TC4合金的实验研究与抛光层微观形貌分析
和碎渣的痕迹由此证明了抛光的主要方式是熔化而 不是烧蚀。通过反复进行类似实验，最终得出结论： 当激光脉冲宽度为 ２００～３００ｎｓ的范围内，对空间频 率高于 ２００ｍｍ－１的微型器件有很好的抛光效果，并 且抛光过程主要是通过熔化而不是烧蚀。ＴＡＭａｉ ａｎｄＧＣＬｉｍ等人［１８］使用二倍频 Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器对 ３０４不锈钢进行了抛光实验，并通过建立熔化凝固数 值模型来分析抛光过程中熔池的形成与熔池深度的 影响因素。
贺国阳，王 涛
（河北工业大学机械工程学院，天津 ３００３１２）
摘 要：针对 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ材料的激光抛光工艺进行实验研究，通过改变脉冲式激光的工艺参数设 置，来分析激光参数对抛光工艺效果的影响，主要研究了激光输出功率、离焦量 ｅ和激光光斑 重叠率 δ这三个参数的影响规律与作用机理，并结合试样表面粗糙度测量值 Ｒａ，得出：激光输 出功率为 ３００Ｗ 左右，离焦量 ｅ控制在 ６～８ｍｍ范围内，光斑重叠率 δ在 ７０％ ～７５％范围内 时，脉冲式激光对 ＴＣ４合金材料表面的抛光效果最佳；最后通过光学显微镜测量仪器来分析 抛光后的材料表面形貌与材料抛光层的内部晶格晶粒变化，来分析激光抛光对试样抛光层物 理性质的影响，并对比抛光前后试样表面的进行了硬度测试对比。 关键词：激光抛光；工艺参数；微观形貌；表面粗糙度 中图分类号：ＴＧ１３１；ＴＧ１７８；ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０２１．０６．０１０
１ 引 言 钛合金 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ简称 ＴＣ４，是一种具有高比强度、良
好的成形性与耐腐蚀性的 α＋β钛合金，由于其优质的 材料属性与良好的生物相容性而被广泛应用于医疗器械
作者简介：贺国阳（１９９５－），男，硕士，主要从事激光应用方面的研究工作。Ｅｍａｉｌ：２０６０８１７２４７＠ ｑｑｃｏｍ 通讯作者：王 涛（１９６３－），男，教授，硕导，博士后，主要从事机电设备一体化工作。Ｅｍａｉｌ：ｗｔａｏ＿１＠ １６３ｃｏｍ 收稿日期：２０２００９０５
金属材料表面激光热处理的研究与应用
金属材料表面激光热处理的研究与应用[摘要]随着科学技术的发展，金属材料热处理的新工艺和新技术也在不断的发展，表面激光热处理技术就是一种新型的热处理技术，本文就金属材料表面激光热处理的应用研究进行阐述。
[关键词]金属材料；表面；激光热处理一、前言随着热处理技术在工业中的应用日趋广泛，对金属表面热处理后的性能提出了更高的要求，金属表面通过激光进行热处理提高了表面的强度、硬度、耐磨性、抗疲劳轻度等指标。
二、激光热处理技术的特点激光热处理是采用高功率密度的激光束加热金属表面.自冷淬火的工艺方法,与其它表面处理技术相比,具有如下特点:1、激光熔化后形成的组织,化学均匀性很高,且晶粒非常细小,从而强化了合余,其耐磨性大大提高；2、激光热处理能改善合金的机械性能,显著提高工具的使用寿命；3、在激光处理层中,因马氏体转变而得到的残余压应力,提高了抗疲劳强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性能；4、与常规热处理相比,激光热处理可在不牺牲韧性的情况下获得高硬度和高强度；5、输入热最少,热变形小；6、能量密度高,加工时间短；7、非接触性加工；8、能精确控制加工条件,也易与计算机相联；9、可以局部加热,只加工必要部分；10、加工基本不受磁场的影响。
三、激光表面工程的技术特点激光表面工程是当前材料工程学科的重要方向之一，被誉为光加工时代的一个标志性技术，各国(尤其是发达国家)均予以重点发展。
其高效率、高效益、高增长及低消耗、无污染的特点，符合材料加工的发展需要。
经过多年研究和实际应用，激光表面工程的技术特点可归纳如下:1、激光束的功率密度可达到103W/cm2以上，甚至可超过109W/cm2，由此可以对材料的表面实现包括无化学成分变化的相变硬化、微晶化、非晶化、冲击硬化以及有化学成分变化的镀复、合金化等表面改性工程。
只要采用合适的激光束与材料的藕合技术，就能在快速或超快速作用周期之下产生其他表面工程技术无法实现或难以实现的材料表面的组织与性能，当然也必定包括高的生产效率。
镁合金激光表面处理的研究进展
第32卷 第3期2008年6月激 光 技 术LASER TEC HNOLOGYV o.l 32,N o .3June ,2008文章编号:1001-3806(2008)03-0293-03镁合金激光表面处理的研究进展陈菊芳1,2,张永康1*,许仁军1(1.江苏大学机械工程学院,镇江212013;2.江苏技术师范学院机械与汽车工程学院,常州213001)摘要:综述了镁合金激光表面处理的研究进展状况,介绍了当前国内外镁合金激光表面处理的几种主要方法,包括激光表面熔凝、合金化、复合强化、熔敷等,阐述了其应用成果,包括提高镁合金表面的硬度和耐磨性,提高镁合金表面的抗腐蚀能力,以及修复镁合金成品件的缺陷部位等,并展望了镁合金激光表面处理今后的发展方向。
关键词:激光技术;激光表面处理;镁合金;腐蚀;磨损中图分类号:TN 249;TG174.4 文献标识码:AR esearch progress on l aser surface processi ng ofm agnesi u m all oyC HE N Ju-fang 1,2,Z HANG Yong-kang 1,XU R en-j u n1(1.School o f M echan ica l Eng i neer i ng ,Ji ang s u U n i versity ,Zhen jiang 212013,Ch i na ;2.Schoo l of M echan i ca l and A utomob ile Eng i neering ,Jiangsu T eachersU n i v ers it y o f T echno logy ,Changzhou 213001,China)Abstrac t :T he research prog ress on lase r surface pro cessi ng o f m agnesi u m all oy i s rev i ew ed .L aser surface process i ng techniques of m agnesi u m all oys such as m elti ng ,a lloying ,composite i ntensify i ng and c laddi ng developed i n recen t years are introduced .Its achievem ents such as i m prov i ng the hardness ,w ear and corrosi on resistance o f m agnes i u m a lloy s ,repair i ng the fi n i shed -produc t of m agnesi u m a lloys a re descr i bed .F i na lly some pred icti on o f its fut ure deve l op m ent is a l so presented .K ey word s :l aser technique ;laser surface processing ;m agnesiu m all oys ;corrosi on ;w ear基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675089)作者简介:陈菊芳(1971-),女,副教授,博士研究生,现从事镁合金的激光表面改性研究。
镁合金材料激光表面改性技术的研究进展
镁合金具有优异的特性，因而在很多 领域得到了应用，但其不耐磨及不耐腐蚀限制了镁合金的应用。
通过对镁合金材料 进行激光表面改性处理，进而提高镁合金 的耐腐蚀、耐磨等性能。
本文对激光表面 改性技术（激光表面重熔、激光表面合金 化、激光表面熔敷）进行了分析，并展望了激光表面改性技术的应用前景。
1前言镁合金具有质量轻、密度低（大约1.8g /m O、比强度高、良好的导热性等优异的特性，在汽车和航空航天、电子等领域中 广泛的应用。
但镁合金具有较低的腐蚀电位 (E =-2.3?V )，很容易氧化和发生电化学 腐蚀，膜的防护腦。
再者合金中杂质元素会对其造成严重的腐蚀。
而采用激 光表面改性技术是解决镁合金腐蚀问题的一 种錢胤利用激絲面改性财可以在 基体表面形成一定厚度的处理定程度 上提高材料的耐腐蚀性、耐雜和氧化性而m易于实现自动化，將优点。
2镁合金激光表面改性涂层处理技术2.1漱光表面重熔激光表面重熔是在不加其它元素的基 础上利用激光将一雜度的表层融化，之后 借助基体自身的冷却和传热过程使溶池快速 凝固，进猶善材料表面组织性能，提高材 料表麵雜和耐腐蚀性。
通遞絲面重 溶得到的硬化层组织较细，偏析减少、有非 平衡相生成等。
J 6 zef Iwaszko *⑴用 5.5 kW 的 cw -(：02激舰泣91齡鎌行表面魏所用 激^3描速率为33.3 imn /s ~53.3 mm /s ,激光直径为23 mm ，焦距为250 mm ,重熔过程中采用氩皱行脱廻后检测发现挪 区的綱和臟有显著的变化，難区的晶 粒明显变小，表层硬度要比没处理的高，并 且增加激光能童与插速度时材_度在降 低。
M .Strzeleck ^pl 用氩弧焊，氣气纯度为99.995%对AZ 91镁合■行表面重熔。
财实验发现重培区镁合金的硬度从基体的平均 硬度58HV 0.05提高到93HV 0.05;摩擦系数 从0.375下降到0.335;腐蚀电流密度从29pA /cm *T 降到到4.9jxA /cm 2。
激光技术在材料表面处理中的应用研究
激光技术在材料表面处理中的应用研究在现代工业生产和科学研究中，材料表面处理是一个至关重要的环节。
它不仅能够改善材料的表面性能，如硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，还能赋予材料新的功能，如光学性能、电学性能等。
而激光技术作为一种先进的加工手段，在材料表面处理领域展现出了独特的优势和广阔的应用前景。
一、激光技术的原理及特点激光，即受激辐射光放大，具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点。
当激光束聚焦到材料表面时，其能量密度极高，可以在瞬间产生高温，使材料表面发生熔化、气化甚至等离子体化等物理化学变化。
与传统的表面处理技术相比，激光技术具有许多显著的优点。
首先，激光处理是一种非接触式加工，不会对材料造成机械压力和变形，从而保证了处理后的材料精度和质量。
其次，激光能够实现精确的局部处理，可以在复杂形状的材料表面进行选择性加工，具有很高的灵活性和可控性。
此外，激光处理的速度快、效率高，能够大大提高生产效率。
二、激光技术在材料表面处理中的应用1、激光淬火激光淬火是利用激光束快速扫描材料表面，使其瞬间升温并迅速冷却，从而在材料表面形成一层硬度较高的淬火层。
这种处理方法可以显著提高材料的表面硬度和耐磨性，适用于各种金属材料，如钢铁、铝合金等。
例如，在汽车制造业中，激光淬火技术常被用于处理发动机零件、传动部件等，以提高其使用寿命和可靠性。
2、激光熔覆激光熔覆是通过在材料表面添加熔覆材料，并利用激光束使其熔化与基体材料形成冶金结合的涂层。
该涂层可以改善材料的表面性能，如耐磨、耐腐蚀、耐高温等。
在航空航天领域，激光熔覆技术常用于修复飞机发动机叶片、涡轮盘等关键部件，提高其性能和可靠性。
3、激光表面合金化激光表面合金化是将合金元素与基体材料同时熔化，使合金元素在材料表面均匀分布，形成具有特定性能的合金化层。
这种方法可以在不改变材料整体性能的前提下，显著改善材料的表面性能。
例如，在模具制造中，通过激光表面合金化可以提高模具的表面硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。
激光清洗在金属表面处理中的应用研究进展
山东科学ＳＨＡＮＤＯＮＧＳＣＩＥＮＣＥ第３２卷第４期２０１９年８月出版Ｖｏｌ.３２Ｎｏ.４Ａｕｇ.２０１９ＤＯＩ:１０.３９７６/ｊ.ｉｓｓｎ.１００２￣４０２６.２０１９.０４.００６ʌ新材料ɔ收稿日期:２０１９￣０１￣２５基金项目:山东省泰山学者工程专项经费(２０１６￣２０２０)ꎻ国家自然科学基金(５１８７２１２２)ꎻ山东省重点研发计划(２０１７ＣＸＧＣ０８０９)ꎻ山东省重大科技创新工程项目(２０１８ＣＸＧＣ０８０８)作者简介:朱国栋(１９９６ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为摩擦学设计与应用ꎮ∗通信作者ꎬ王守仁(１９６６ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为摩擦学设计与应用ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｍｅ＿ｗａｎｇｓｒ＠ｕｊｎ.ｅｄｕ.ｃｎ激光清洗在金属表面处理中的应用研究进展朱国栋１ꎬ王守仁１∗ꎬ成巍２ꎬ王高琦１ꎬ任远２(１.济南大学机械工程学院ꎬ山东济南２５００２２ꎻ２.齐鲁工业大学(山东省科学院)ꎬ山东省科学院激光研究所ꎬ山东济南２５００２２)摘要:激光清洗可以高效去除金属表面杂质和氧化物ꎬ提高表面质量ꎬ具有无污染㊁对基体伤害小㊁清洗效率高等优点ꎮ本文综述了激光清洗在金属表面脱漆除锈㊁轮胎模具清洗㊁微型机械清洗㊁文物保护㊁去油污以及核净化等方面的应用研究进展ꎬ发现目前该领域存在的问题主要是激光清洗的机理㊁工艺还不够完善ꎬ对于不同的材料没有明确清洗阈值和损伤阈值之间的关系ꎬ未来应完善不同材料的清洗机制ꎬ明确清洗阈值ꎬ以实现精密高效清洗ꎮ关键词:激光清洗ꎻ金属表面处理ꎻ脱漆除锈中图分类号:ＴＮ２４㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００２￣４０２６(２０１９)０４￣００３８￣０８开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｃｌｅａｎｉｎｇｔｏｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔＺＨＵＧｕｏ￣ｄｏｎｇ１ꎬＷＡＮＧＳｈｏｕ￣ｒｅｎ１∗ꎬＣＨＥＮＧＷｅｉ２ꎬＷＡＮＧＧａｏ￣ｑｉ１ꎬＲＥＮＹｕａｎ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＪｉｎａｎꎬＪｉｎａｎ２５００２２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＬａｓｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＱｉｌｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ)ꎬＪｉｎａｎ２５００２２ꎬＣｈｉｎａ)ＡｂｓｔｒａｃｔʒＬａｓｅｒｃｌｅａｎｉｎｇｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓａｎｄｏｘｉｄｅｓｏｎａｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙꎬｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｚｅｒｏｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎬｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅｄａｍａｇｅｔｏｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅꎬａｎｄｈｉｇｈｃｌｅａｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙꎬｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｃｌｅａｎｉｎｇｔｏｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅｄｅｐａｉｎｔｉｎｇａｎｄｒｕｓｔｒｅｍｏｖａｌꎬｔｉｒｅｍｏｌｄｃｌｅａｎｉｎｇꎬｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｌｅａｎｉｎｇꎬｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬｏｉｌｒｅｍｏｖａｌꎬａｎｄｎｕｃｌｅａｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ.Ｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｉｓｆｉｅｌｄａｒｅｔｈａｔｔｈｅｌａｓｅｒｃｌｅａｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｎｏｔｐｅｒｆｅｃｔａｎｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｄａｍａｇｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｉｓｕｎｃｌｅａｒｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅꎬｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｓｈｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄꎬａｎｄｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｈｏｕｌｄｂｅｃｌｅａｒｌｙｄｅｆｉｎｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｐｒｅｃｉｓｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｌｅａｎｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓʒｌａｓｅｒｃｌｅａｎｉｎｇꎻｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻｔａｋｅｏｆｆｔｈｅｐａｉｎｔｄｅｒｕｓｔｉｎｇ㊀㊀金属表面处理是工业生产制造过程中重要的一环[１]ꎬ包括去除表面锈㊁漆㊁氧化膜㊁涂层㊁积碳㊁微粒和第４期朱国栋ꎬ等:激光清洗在金属表面处理中的应用研究进展其他污物以及提高表面性能等[２]ꎮ传统的表面处理方法有机械摩擦㊁化学腐蚀㊁液体固体冲击和高频超声波等ꎬ虽然满足了性能要求ꎬ但对基体产生了损伤ꎬ也对环境造成了污染[３]ꎮ而激光清洗具有无研磨㊁非接触㊁效率高和适用于各种材质的物体等清洗特点ꎬ被认为是汽车制造㊁飞机除漆㊁电子工业㊁文物保护等许多领域最可靠㊁最有效的解决办法[４]ꎮ同时ꎬ激光清洗可以解决一些采用传统清洗方式无法解决的问题ꎬ如采油设备㊁核设施以及口香糖残迹等的无害化处理[５]ꎮ在我国要求大力发展绿色环保产业的大环境下[６]ꎬ激光清洗技术开始应用于金属表面处理中ꎮ激光技术最早出现在２０世纪６０年代[７]ꎬ因其不接触工件且对工件无污染㊁能量集中㊁精确细致的特点ꎬ被广泛应用于激光加工㊁激光测距等领域的应用[８]ꎮ直至２０世纪８０年代ꎬ激光清洗技术的研究开始应用于古代艺术品㊁雕塑的修复与保养ꎮ此后的几十年里ꎬ激光清洗逐渐应用于各种金属材料上ꎬ技术日渐成熟ꎮ激光清洗灵活性强㊁稳定性高㊁清洗质量好㊁效率高[９]ꎬ其应用进一步拓展到了众多工业加工领域ꎬ尤其是在一些诸如精密零件加工㊁武器装备保养等特殊领域ꎬ既可以清洗有机的污染物ꎬ也可以用来清洗无机物[１０]ꎮ国外因有较多的古建筑和文物需要长期维护ꎬ激光清洗技术起步较早ꎮ我国激光清洗技术的起步较晚[１１]ꎬ经过十几年的发展ꎬ已经取得了显著的成果ꎬ研制出的激光器在体积㊁功率㊁清洗速度㊁清洗质量上有了质的提升ꎬ应用更加广泛ꎮ但与国外相比ꎬ我国的激光清洗技术基本处于实验室阶段[１２]ꎬ还没有形成成熟的体系ꎬ实际应用并不多ꎮ２０１８年ꎬ激光清洗在脱漆除锈㊁模具清洗㊁文物保护㊁微电子器件等领域的全球市场价值已达到５.８９亿美元[１３]ꎬ随着激光器的成本不断下降ꎬ该技术的普及将成为现实ꎮ本文通过综述激光清洗在金属表面处理中的应用现状ꎬ指出了目前该项技术存在的问题ꎬ以期为我国激光清洗的规模化应用提供参考ꎮ１㊀激光清洗的机理与特点激光清洗过程实际上是光与物质之间的相互作用[１４]ꎬ其中包括了一系列的物理化学变化ꎮ研究表明ꎬ污染物和其所附着的物体表面之间的结合力主要有共价键㊁双偶极子㊁毛细作用㊁氢键㊁范德瓦耳斯力和静电力ꎬ其中范德瓦耳斯力㊁毛细作用㊁静电力最难破坏[１５]ꎮ激光清洗就是利用激光辐射基体表面ꎬ使基体表面的污物通过蒸发㊁破碎剥离㊁振动弹出的方式脱离下来ꎬ从而达到清洗基体的目的ꎮ常见的金属材料在不同种类激光波长下的吸收系数如表１所示ꎮ表１㊀金属材料在不同种类激光波长下的吸收系数Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ金属材料吸收系数离子激光(０.４８８μｍ)红宝石激光(０.６９４３μｍ)ＹＡＧ激光(１.０６μｍ)ＣＯ２激光(１０.６μｍ)Ａｌ０.０９０.１１０.０８０.０１９Ｆｅ０.６８０.６４ ０.０３５Ｃｕ０.５６０.１７０.１００.０１５Ｓｎ０.２００.１８０.１９０.０３４Ａｇ０.０５０.０４０.０４０.０１４㊀㊀目前ꎬ激光清洗的方法主要有４种[１６￣１７]:(１)激光干洗法ꎮ即不采用辅助方法ꎬ采用激光直接辐射基体去污ꎬ主要适用于常见的脱漆除锈及工业生产中的金属表面处理ꎮ(２)激光湿洗法ꎮ即先在基体表面覆盖一层液膜作为能量交换介质ꎬ再用激光辐射去污ꎬ主要适用于文物的修复ꎮ(３)惰性气体法ꎮ即在使用激光干洗法的同时ꎬ将惰性气体吹向基体表面ꎬ避免清洗过的表面被二次污染ꎬ主要适用于航空㊁航天及精密机械材料的清洗ꎮ９３０４山㊀东㊀科㊀学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年(４)非腐蚀化学法ꎮ即先使用激光辐射基体表面将污物半脱离ꎬ再用非腐蚀方法去除污物ꎬ主要适用于石质材料的清洗[１８]ꎮ激光清洗的特点主要有[１９]:(１)激光清洗是一种绿色清洗技术ꎬ对环境无污染ꎻ(２)激光清洗是非接触清洗ꎬ能够轻易清洗常规方法较难清洗的复杂零件ꎬ且对基体表面无机械作用力ꎬ可有效减少二次污染ꎻ(３)稳定性和自动化程度高ꎬ清洗的质量和效率优于常规清洗方法ꎮ２㊀激光清洗的应用研究进展２.１㊀激光清洗在金属表面脱漆除锈中的应用金属的锈蚀无处不在[２０]ꎬ每年都需要耗费大量的人力㊁财力去去除金属表面的锈蚀层[２１]ꎬ在船舶㊁汽车㊁航天飞机的维护中ꎬ需要完全清洗原有的漆层以便喷涂新油漆[２２]ꎮ因此ꎬ寻找一种有效的方法去除金属表面的锈层及漆层成为了大家所关注的问题[２３]ꎮ传统的脱漆除锈方法主要是机械和化学方法[２４]ꎬ不仅耗费较多的劳动力ꎬ产生的粉尘对人体和环境也有危害ꎮ利用一定功率密度的激光照射锈层或漆层ꎬ可以使其产生气化和振动剥离ꎬ从而有效地从金属表面脱离下来ꎬ且几乎对金属无损耗ꎮ早在２０世纪６０年代[２５]ꎬ国外对激光清洗技术有了初步研究ꎮ１９８３年ꎬＭａｌｌｅｔｓ[２６]对航空物流中心的飞机进行激光脱漆ꎬ并对激光脱漆程序进行可行性论证和模型优化ꎮ１９９７年ꎬＡｓｈｉｄａｔｅ等[２７]首次运用Ｎｄ:ＹＡＧ激光器对输电塔进行脱漆除锈实验ꎬ讨论了不同脉冲宽度情况下最佳剥离参数的不同ꎬ在２００ｎｓ时最佳辐照参数为３.３~４.４Ｊ/ｃｍ３ꎬ基本不会对镀锌钢基体产生损伤ꎮ２０１３年ꎬ为了避免对基体表面存留的激光烧蚀产物进行再处理ꎬＭａｄｈｕｋａｒ等[２８]研究了一种水射流辅助激光除漆工艺ꎬ在提高清洗后表面光洁度的同时减少激光能量的吸收损失ꎮ我国对于激光脱漆除锈的研究开始于２０世纪８０年代ꎮ１９８０年ꎬ阮国强[２９]采用一定功率密度的激光照射钢铁表面的锈蚀ꎬ发现激光可以高效地将锈蚀完全去除ꎮ由于条件有限ꎬ对激光清洗的研究仅限于实验室研究方面ꎮ直到近十年ꎬ激光清洗在国内才有了大量的应用ꎮ２００２年ꎬ徐军等[３０]利用激光除锈过程中产生的声波随清洗程度变化的特性ꎬ提出了其可作为除锈过程的实时监测信号ꎮ２００６年ꎬ田彬等[３１]对不同程度的铁锈进行了激光清洗试验ꎬ发现了不同锈蚀程度的样品其所适应的清洗阈值均不相同ꎬ并且证明提高激光的重复频率比增强激光的辐照密度清洗效果更佳ꎮ近几年ꎬ激光清洗相关研究发展十分迅速ꎬ２０１９年ꎬ齐先胜等[３２]通过优化工艺参数ꎬ对高速列车集电环试样进行激光除锈ꎬ大大提高了高速列车的行车安全ꎮ刘帅[３３]对纳秒脉冲激光与Ｑ２３５和４５钢表面锈蚀层的相互作用机理进行研究ꎬ揭示了纳秒脉冲激光除锈机理ꎬ对提高远洋设施的寿命和可靠性具有重要意义ꎮ常明等[３４]采用脉宽为１０ｐｓ的激光对热轧Ｑ２３５钢板进行了除锈工艺试验研究ꎬ证明了高㊁低能量密度交替的清洗方式可以获得比固定参数清洗更好的清洗效果ꎬ并得到了最优除锈参数ꎮ陈浩[３５]利用优化参数ꎬ对比了清洗前后材料的性能及二次涂覆油漆的性能变化ꎬ验证了激光清洗油漆技术的可靠性ꎬ为其在汽车行业的应用提供了一种可靠的选择ꎮ国内由于激光清洗机理过于复杂且激光清洗机费用较为昂贵ꎬ激光清洗在脱漆除锈方面所占的比例很低ꎮ国内已广泛应用的激光器大多为中低功率ꎬ高功率激光器仍依靠进口ꎮ激光除漆除锈作为一种绿色高效的清洗技术ꎬ相信随着科技的发展ꎬ未来会有着广阔的应用前景ꎮ２.２㊀激光清洗在轮胎模具中的应用我国是世界第一轮胎生产大国ꎬ轮胎模具在长期使用过程中ꎬ因硫化作用使得模腔内充满了一层硫化物[３６]ꎬ直接影响到轮胎的质量ꎬ因此需要经常对轮胎模具进行清洗ꎮ传统的清洗方法有喷砂清洗㊁干冰清洗㊁超声波清洗和化学方法清洗等[３７]ꎬ不仅降低了模具的精度ꎬ也对环境造成了一定的污染ꎮ利用激光清洗ꎬ可以清洗到传统方法不易清洗到的位置ꎬ而且不会对轮胎模具金属表面造成损伤ꎬ清洗效率高ꎬ能够增加１４第４期朱国栋ꎬ等:激光清洗在金属表面处理中的应用研究进展轮胎产量ꎮ由于橡胶并无气化ꎬ因此不会产生有毒害的气体ꎬ对环境无污染ꎮＡｎｄｅｒｓｏｎ等[３８]利用激光光学系统对轮胎的精度及磨损状态进行检测ꎬ为以后激光清洗应用于轮胎模具打下了基础ꎮ从２０世纪８０年代起ꎬ激光清洗便开始应用于轮胎模具上[３９]ꎮＬｉｔｃｈｆｉｅｌｄ[４０]通过比较激光清洗㊁干冰清洗以及氢化钠化学清洗方法的清洗效果ꎬ提出可以将激光清洗用于航空航天模具中ꎮ２０１７年ꎬＮｉｒｏｏｍａｎｄ等[４１]采用ＣＯ２激光器对轮胎模具及轮胎帘子线进行表面处理ꎬ提高了轮胎的粘结性能和摩擦系数ꎬ从而降低爆胎的风险ꎮ由于国外的技术垄断ꎬ进入２１世纪我国才将激光技术用于轮胎模具清洗ꎮ２０００年ꎬ王泽敏等[４２]研究了激光清洗轮胎模具的机理和工艺ꎬ证明了激光保持在完全清洗阈值和损伤阈值之间ꎬ可以很好地清洗轮胎模具而且基体不会受任何损伤ꎮ２００９年ꎬ孙海迎[４３]运用不同功率㊁不同扫描速度的ＣＯ２激光器清洗轮胎模具ꎬ通过分析对比ꎬ确定了ＣＯ２激光清洗轮胎模具的最佳清洗阈值和损伤阈值ꎮ２０１８年ꎬ张自豪等[４４]研发了一种脉冲ＹＡＧ激光器来清洗轮胎模具ꎬ其主要性能指标已经与外国设备相当ꎬ通过实验确定了最佳激光辐照密度ꎬ并证明了ＹＡＧ激光比ＣＯ２激光更有效ꎮ国内用于轮胎清洗的激光清洗机大多为１００Ｗ以内的小功率光纤激光器ꎬ其核心技术始终被德国所掌握ꎬ从而导致其价格一直居高不下ꎮ２０１８年ꎬ山东省科学院激光研究所研发了一种平均功率达１８０Ｗ的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器ꎬ其功率远大于国内其他激光清洗机ꎬ实际应用证明ꎬ该设备可以有效地去除硫化物和其他杂质ꎮ目前ꎬ我国还是将干冰清洗作为清洗轮胎模具的主流方法ꎬ其主要原因一方面是干冰清洗技术的成熟度较高ꎬ另一方面还是由于激光清洗设备的投资回收期太长ꎮ不过随着激光技术的发展ꎬ在未来模具清洗应用中将会实现全自动化控制ꎬ精密高效使其具有无可替代的优势ꎮ２.３㊀激光清洗在微型机械清洗中的应用随着科学技术的的进步ꎬ金属微电子器件㊁光学器件及微型医用设备的研究进展迅速ꎬ其性能不断优化㊁尺寸也在不断减小ꎮ即使是纳米级的颗粒也会划伤微型机械零件表面ꎬ对零件性能产生巨大的影响[４５]ꎮ１９８７年ꎬ美国提出了微机电系统计划ꎬ人类对微机械的研究进入了新的阶段[４６]ꎮ自此ꎬ微型机械零件的清洗成为一个难题ꎮ传统的机械㊁化学方法已经不能满足微型器件的清洁度要求ꎬ即使利用超声波清洗也无法去除微米级的颗粒ꎬ人们开始尝试用激光去除微型器件表面的污染颗粒并取得了成效ꎮ利用激光去除微纳米颗粒是利用颗粒吸收能量从而产生弹射ꎬ而基体不会吸收能量的机理ꎮ１９９２年ꎬＬｅｅ等[４７]利用ＣＯ２激光器去除表面微米级Ａｌ２Ｏ３颗粒ꎬ并以水为能量传递介质避免损伤基体表面ꎮ２００６年ꎬ宋峰等[４８]利用湿式激光清洗方法成功清洗了微电子器件表面０.３５μｍ的Ａｌ２Ｏ３微粒ꎬ证明了激光清洗是一种去除微小颗粒的有效技术ꎮ２０１０年ꎬ吴坚[４９]利用激光微加工技术来对μ￣ＴＡＳ生化芯片中的微米级导管进行加工ꎬ实现了光谱检测器件向微米级发展ꎮ２０１２年ꎬＹｅ等[５０]采用１０６４ｎｍ激光有效去除了光学器件表面的ＳｉＯ２颗粒ꎬ去除率为９５％ꎮ２０１５年ꎬＴａｋａｈａｓｈｉ等[５１]提出了激光辅助材料去除新概念ꎬ即利用激光辅助紫外线照射来实现微三维物体的纳米尺度矫正ꎮ２０１６年ꎬＩｖａｎｏｖａ等[５２]提出了一种基于激光热毛细效应的纳米粒子表面去除方法ꎬ该方法比脉冲激光清洗方法的工作温度低ꎬ不会对表面造成任何损伤ꎮ２０１８年ꎬＧｕ等[５３]使用激光等离子体冲击波去除光滑基体表面直径为１００ｎｍ的铝粒子ꎬ研究了不同激光聚焦与基体颗粒大小的影响ꎬ得到了最佳的去除条件ꎮ目前ꎬ微型机械的激光清洗虽然是一种有效的方法ꎬ但是对其清洗机制的研究还未成熟ꎬ且激光对不同的材料有不同的清洗阈值ꎬ因此有一定的选择性ꎮ不过随着技术的进步ꎬ激光清洗在高新产业应用中必定占有重要席位ꎮ２.４㊀激光清洗在金属文物保护中的应用文物历史悠久ꎬ其表面都附着着很难清除的污染物[５４]ꎮ贵重文物(青铜器㊁金银器等)表面的老化层已经失去了机械强度和弹性ꎬ传统的清洗方法极易划伤文物表面ꎬ所以可以采用激光清洗代替传统方法ꎮ清洗的机理与２.３节相似ꎬ一般通过选择不同参数的ＹＡＧ激光使金属表面不同的污物吸收从而从基体上脱离下来ꎬ而基体本身不会吸收激光的能量ꎮ激光清洗采用了非接触清洗方法ꎬ不损害文物且去除了文物表面的污２４山㊀东㊀科㊀学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年物ꎬ是一种高度可控和精确的去除污垢层及已经老化的保护材料的清洗方法[５５￣５７]ꎮ激光清洗技术最初的用途就是用来保护和修复文物的ꎬ欧美国家在２０世纪８０年代已经将激光清洗技术用于古代典籍㊁雕塑等文物的保护ꎮ我国在也２１世纪初对此展开研究ꎬ但研究对象大都为石质文物ꎬ２００３年ꎬ毛宗雄[５８]对石材文物清洗技术展开了研究并取得了良好的效果ꎮ直至近几年ꎬ激光清洗才用来清洗青铜器等文物ꎮ２００９年ꎬＭａｔｅｏ等[５９]成功地利用Ｑ开关Ｎｄ:ＹＡＧ激光器去除黄铜艺术品表面的装饰油墨以及腐蚀产物ꎬ并且不影响艺术品表面的光洁度ꎮ２０１３年ꎬＬｅｅ等[６０]利用波长为１０６４ｎｍ的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器成功去除镀金青铜器表面的铜腐蚀物ꎬ但由于镀金层的不均匀性ꎬ在表面仍存有部分残留物ꎬ因此对镀金层表面性能的研究和激光清洗应用应该同时进行ꎮ２０１６年ꎬＰａｌｏｍａｒ等[６１]使用纳秒ｑ开关Ｎｄ:ＹＡＧ激光器对纯银制品进行激光去污ꎬ发现在不同波长下银制品的颜色和质量会有不同的变化ꎬ而在５３２ｎｍ可见光波长下未出现这种现象ꎬ进而确定了纯银文物的最佳清洗阈值ꎮ２０１７年ꎬＢｏｊａｎａ等[６２]利用Ｎｄ:ＹＡＧ激光对镀银铜丝民族志织物进行了腐蚀激光清洗ꎬ证实了激光清洗技术比传统的方法更有效ꎮ２０１９年ꎬＲａｚａ等[６３]采用准分子激光清洗银表面硫磺结壳ꎬ结果表明其可有效地去除硫化物的表面镶嵌ꎮ目前为止ꎬ激光清洗在文物保护上取得了长足的进展ꎬ但也存在一些问题ꎬ例如激光的各项参数选择不当ꎬ偏离于文物的清洗阈值ꎬ会使文物表面熔化导致微观形态变化和光学反射变化ꎬ所以在清洗时最好加入一层液膜以作保护ꎮ相比其他保护文物的技术ꎬ激光清洗仍有着巨大的优越性ꎬ我国对于此技术的研究刚刚起步ꎬ作为历史悠久的文明古国ꎬ有大量的文物亟待保护ꎬ在今后的应用前景是相当大的ꎮ２.５㊀激光清洗在其他方面的应用激光清洗除了能够广泛应用在金属表面处理中ꎬ还可将其作为工业设施的一种净化技术ꎮ在核能工业中ꎬ不可避免地也会产生污染物ꎬ这些污染物通常是由不同种类的放射性元素组成的氧化物ꎬ为了保证核设施的安全性ꎬ对放射性化合物污染的清洁是十分重要的ꎮ在２０世纪８０年代初ꎬ美国能源部首次提出使用大功率激光来净化核设施ꎮ２０世纪９０年代ꎬＡｍｅｓ实验室使用准分子激光器和Ｎｄ:ＹＡＧ激光器来去除金属表面的放射性氧化物ꎮ２００３年ꎬ利物浦大学Ｄｅｌａｐｏｒｔｅ等[６４]使用Ｎｄ:ＹＡＧ激光(６ｎｓ)和氙气闪光灯(２００ｍｓ)对放射性化合物进行除尘研究ꎮ利用激光清洗对核设施进行去污ꎬ产生的放射性废料很少ꎬ是一种干燥㊁清洁的清洗工艺ꎬ并且适用于大面积的表面清洗ꎬ去污效率高ꎬ可以确保工作人员的安全ꎬ是一种很好的核净化技术ꎮ油田采油设备需要定期进行清洗ꎬ但目前还没有一种高效的绿色环保清洗方法ꎮ另外海上石油泄漏事件在近几年发生频繁ꎬ对储油设备及海洋环境造成了严重的污染ꎬ这无疑增加了传统化学清洗方法的困难性ꎮ２０世纪８０年代ꎬ前苏联科学家使用ＣＯ２激光清洗马路表面残留的燃料斑ꎬ针对石油颗粒的清洗技术开始得到发展[２]ꎮ２００５年ꎬＭａｔｅｏ等[６５]对石油和底层材料的烧蚀阈值进行了研究ꎬ证明激光可以清洗被石油泄漏污染的各种材料并在其表面不会残留燃料ꎮ实验证明ꎬ激光清洗以其高效的清洗效率ꎬ完全可以应用于大面积的表面处理ꎬ因此可以将此项技术广泛应用在工业设施的净化修复中ꎮ随着社会的发展ꎬ城市环境对人们的影响不容忽视ꎬ围墙㊁公园㊁旅游景区的乱涂鸦现象愈演愈烈ꎬ其清洗也比较困难ꎮ朱玉峰等[６６]利用ＴＥＡＣＯ２激光器用于清洗涂鸦ꎬ表明在一定激光能量密度下能够实现有效清除ꎮ激光清洗以其极强的适应性ꎬ不仅应用于金属表面处理中ꎬ在其他领域应用也十分有效ꎬ相信未来还能够开发出更多不同材质的清洗工艺ꎮ３㊀目前激光清洗存在的问题与未来发展方向３.１㊀存在的问题激光清洗经过了几十年的发展ꎬ其相关技术虽已趋于成熟ꎬ但因为清洗机理过于复杂ꎬ还是存在如下问题:３４第４期朱国栋ꎬ等:激光清洗在金属表面处理中的应用研究进展(１)激光清洗设备费用高ꎮ目前国内一台普通的手持式激光清洗机的价格最低也要几十万ꎬ高功率㊁自动化程度高的激光设备要达到几百万元ꎬ这也是激光清洗未得到普及的主要原因之一ꎮ(２)对人体健康的隐患ꎮ虽然激光清洗是一种绿色环保的技术ꎬ但未来激光器必然朝着大功率的方向发展ꎬ激光产生的直射光和反射光会对人体眼睛和皮肤产生损害ꎬ尤其对眼睛损伤最大ꎮ目前ꎬ用于激光清洗所处的波段人类肉眼无法看到ꎬ这也增加了对人体健康的隐患ꎮ(３)激光清洗的机理尚没有完善ꎬ对很多材料的清洗效果尚未研究ꎮ不同的材料都有一个最佳清洗的阈值ꎬ这个阈值包括激光的波长㊁功率㊁重复频率㊁扫描次数等ꎮ若低于最佳阈值ꎬ会使基体表面污物清洗得不彻底ꎻ若高于最佳阈值ꎬ激光会对基体产生烧蚀ꎬ在基体表面形成烧蚀孔ꎬ从而降低基体的表面性能及光洁度ꎮ目前ꎬ对此还没有一个完整的标准体系ꎬ在清洗不同的材料时还需不断调整激光的参数ꎬ这无疑降低了清洗的效率ꎮ(４)未实现复杂构件的精密高效清洗ꎮ在清洗复杂零件时ꎬ因其多为不规则形状ꎬ要不断改变激光器的焦距来达到均匀辐照ꎮ但目前的激光清洗设备大多为手持式ꎬ或通过简单移动平台实现二维精密清洗ꎬ既无法实现对复杂零件及大型构件的精密高效清洗ꎬ更无法实现对于异形孔等复杂结构的清洗ꎮ３.２㊀未来发展方向对于目前激光清洗所存在的问题ꎬ未来可以从如下方向入手:(１)激光清洗设备的核心在于激光器ꎬ降低激光器的成本是普及激光清洗的关键所在ꎮ目前要实现激光清洗的低成本和大规模应用ꎬ应在不同工业领域加快推广激光清洗技术ꎬ进而调动我国相关科研单位自主研发激光器的积极性ꎬ促进激光清洗产业链的发展ꎮ(２)设计大功率激光清洗装置应实现清洗光路封闭ꎬ操作人员操作时穿戴防护服和护镜ꎬ防止反射光照射人体ꎮ应用不同参数的激光清洗时进行安全级别划分ꎬ优化清洗工艺ꎬ同时增加指示光源ꎬ确定激光照射的位置ꎬ从而实现激光防护ꎮ(３)建立一套完整的激光清洗机理是需要大量实验数据支撑的ꎬ目前可以建立不同材质清洗过程的有限元模型进行模拟仿真ꎮ通过对激光参数的数值模拟ꎬ可以得到不同激光参数对污物的清除效果以及热烧蚀现象的影响ꎬ从而为研究激光清洗机理提供重要依据ꎮ当前要对所有的材料都确定一个最佳清洗阈值还有很长的路要走ꎬ可以在清洗的过程中加入介质(如液膜)ꎬ从而避免超过清洗阈值对基体产生烧蚀ꎮ(４)改进现有移动平台ꎬ利用机械手与光纤传输ꎬ使移动平台可以实现三维移动ꎻ在清洗过程中ꎬ通过对声波㊁光谱的实时监测能够实现对清洗效果的在线评估ꎬ进而实现复杂零件及大型构件的精密高效清洗ꎮ４㊀结语综上所述ꎬ激光清洗技术以其环保㊁非接触㊁稳定高效的特点ꎬ在国内外金属表面处理等领域应用十分广泛ꎮ随着激光器的不断完善和成熟ꎬ以及激光清洗机理研究的不断深入ꎬ激光清洗技术的应用前景会更加广阔ꎮ同时ꎬ伴随着 中国制造２０２５ 计划的实施ꎬ国家对绿色发展越来越重视ꎬ未来激光清洗有着更加强大的市场需求和发展潜力ꎬ该技术的推广应用能够促进我国制造业发展水平的全面提升ꎮ参考文献:[１]俞鸿斌.金属表面激光清洗技术研究[Ｄ].湖北:华中科技大学ꎬ２０１４.[２]雷正龙ꎬ田泽ꎬ陈彦宾.工业领域的激光清洗技术[Ｊ].激光与光电子学进展ꎬ２０１８ꎬ５５(３):５４￣５６.ＤＯＩ:１０.３７８８/ｌｏｐ５５.０３０００５. [３]姚巨坤ꎬ崔培枝.再制造清洗技术研究[Ｊ].工程机械与维修ꎬ２００７(２):１８０￣１８１.ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００６￣２１１４.２００７.０２.０５５. [４]付冰.激光表面清洗的原理和实际应用[Ｊ]洗净技术ꎬ２００４(９):３１￣３４.[５]张天润ꎬ章鹏ꎬ郑龙飞ꎬ等.油管和抽油杆激光清洗工艺的研究[Ｃ]//特种加工技术智能化与精密化 第１７届全国特种。
金属材料表面处理的激光加工工艺研究
金属材料表面处理的激光加工工艺研究激光加工是一种高精度、非接触的加工方法，广泛应用于金属材料表面处理领域。
金属材料表面的处理可以改善其表面性能和功能，进而提高产品质量和附加值。
本文将探讨金属材料表面处理的激光加工工艺，包括工艺流程、应用领域、优势和挑战等方面。
金属材料表面处理的激光加工工艺流程通常包括三个步骤：预处理、激光加工和后处理。
预处理阶段主要是对金属材料表面进行清洗和除油，这是为了确保激光加工时的精度和质量。
激光加工阶段利用激光束的高能量和高密度，将加工区域加热至临界温度以上，使其发生熔融、蒸发和氧化等变化，从而实现对金属材料表面形态的改变。
后处理阶段主要是对加工后的材料进行清洁、除渣和防护等处理，以保护其表面性能和功能。
金属材料表面处理的激光加工在众多领域中得到广泛应用。
首先，它广泛应用于制造业中的汽车、航空航天、电子和医疗器械等行业。
例如，在汽车制造业中，激光加工可以对发动机缸体进行刻蚀处理，提高密封性和传热性能。
其次，它还广泛应用于建筑业中的不锈钢雕刻、钣金加工和焊接等方面。
此外，激光加工还可以用于钟表和珠宝等精细加工领域，提供高质量的表面处理效果。
金属材料表面处理的激光加工相比传统加工方法具有多个优势。
首先，激光加工无接触、无应力，避免了传统加工方法中常见的机械和热应力造成的变形问题。
其次，激光加工可以实现非常高的精度和细节，适用于复杂和精细的表面处理需求。
此外，激光加工还可以实现材料的选择性加工，即在不改变整体材料性质的情况下，仅对表面进行处理，提高了效率和节约了成本。
然而，金属材料表面处理的激光加工也面临一些挑战。
首先，激光加工的设备和技术相对较为复杂，需要高技术水平和大量投入，对操作人员的要求也较高。
其次，激光加工过程中会产生高温和气溶胶等有害物质，对环境和人体健康造成一定的影响。
因此，合理管理和控制激光加工过程中的安全问题至关重要。
此外，激光加工的成本相对较高，对中小企业的应用受到一定限制。
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金属材料表面的激光抛光研究进展
作者：吕玉荣孔侠歆
来源：《商情》2018年第07期
[摘要]金属材料表面的激光抛光，作为一种新型的激光加工工艺，具有抛光效率高、材料去除效果好、材料利用率高等优点。
在介绍了激光抛光材料类型的基础上，对比分析了金属材料抛光过程中所使用激光器的类型，论述了激光抛光金属材料表面过程中的理论模型方法，详细总结了激光抛光金属表面的工艺参数和抛光效果，并对激光抛光金属材料的现状和发展方向进行了评价和展望。
[关键词]材料金属材料激光加工抛光理论模型工艺参数
1激光抛光金属材料类型
1.1模具钢、工具钢和不锈钢材料的激光抛光
激光抛光金属的研究，目前应用在模具钢的报道最多。
最早提出将激光抛光应用在
X40Crl3模具钢表面，并通过实验得到平整光滑的抛光表面。
选择注塑模镶件中所用的，硬度为62HRC的DINl.2379工具钢来进行激光抛光实验。
做出了很多工作，他们选择AISI-01冷作模具钢。
采用激光，对经过电火花加工处理的C45钢、X40CrMoV51工具钢进行了抛光研究。
同时采用具有52HRC硬度的DIN1.2344工具钢和激光烧结的AISI 420渗铜不锈钢来进行激光抛光实验。
研究了s7工具钢材料的激光抛光特性。
使用AISI H13模具钢来进行激光抛光实验，选择Fe，Al，Ti和304不锈钢几种金属材料进行了抛光对比实验研究。
作为模具和汽车行业中经常用到的球墨铸铁材料，由于其具有游离的石墨形态、较高的熔化温度，因此一般很难被抛光，使用GGG70L球墨铸铁材料来进行激光抛光实验研究验证。
Smith等[7，36]使用304不锈钢模具来作为抛光材料，也采用304不锈钢来研究金属表面在激光抛光作用下的熔化现象。
使用激光，对铣削加工后的316 L不锈钢进行抛光实验，用选择性激光熔化316 L不锈钢材料来进行激光烧蚀抛光实验，而直接对316 L材料进行抛光实验，也采用316L材料来进行激光抛光实验研究。
1.2钛合金材料的激光抛光
钛合金具有极其优良的物理和化学性能，如强度高、质量轻和耐腐蚀等。
可以被应用于电子、冶金、航天技术和医学等各个领域。
钛合金目前以Ti6A14V材料研究最多。
很多学者都选择Ti6A14V来进行激光抛光实验。
选择用激光抛光，应用于工业纯钛抛光的同时实现表面改性。
使用脉冲激光沉积方法，得到光滑的Ti64材料表面。
使用VT16钛合金来进行激光抛光实验。
1.3其他金属材料的激光抛光
在其他金属材料方面，目前应用最多的是采用激光技术直接或者间接地抛光激光烧结的金属产品。
采用激光来抛光一种选择性激光烧结铁铜合金零件。
采用激光，对选择性激光烧结的铜合金表面进行抛光，用激光来抛光烧结青铜，采用LaserForm ST-100的烧结青铜件来进行激光抛光实验。
2金属抛光激光器的选择类型
2.1气体激光器的应用
最先采用2500 w的C02激光器，用于金属表面的激光抛光实验研究。
后来也使用这种激光器来进行抛光研究。
对高硬度的DIN 1.2379工具钢进行激光抛光实验时，选择了一个2.5 kW的C02激光器和一个3.1 kW的高功率二极管激光器。
2.2固体激光器的应用
激光抛光金属材料最关键的因素之一是选择合适的激光器，目前来说，Nd：YAG激光器以其卓越的性能，被最多的应用于金属材料的抛光研究中。
早在2001年，就开始研究Nd：YAG（1064nm）激光器来抛光金属材料，2004年，就研究使用532 nm波长的Nd：YAG固体激光器来抛光金属表面。
成功使用Nd：YAG激光器（1064 nm）来抛光金属材料表面，使用一个连续（CW）Nd：YAG激光器进行激光表面抛光，使用一个266 nm波长的Nd：YAG激光器来进行激光抛光实验。
同时采用波长为1064和532nm的Nd：YAG皮秒激光器来抛光金属表面。
选择一个Yb：YAG激光器，波长1.03/Lm的激光器来做抛光实验。
选择了双束激光器来进行激光抛光实验，其中一个Yb：YAG激光器用来预热金属表面，另外一个Nd：YAG （1064nm）激光器用来抛光金属表面。
开始尝试使用超短的皮秒激光器（波长1030nm）来进行激光抛光实验，这种激光器使激光与金属材料相互作用的时间非常短，激光作用在材料上几乎不产生热影响区。
因此，采用这种激光器对金属材料的抛光将是一个重大的突破。
2.3半导体和其他激光器的应用选择
1070nm波长的光纤激光器来进行金属表面的抛光实验，通过二极管来控制激光器的开关。
使用波长1.07μm的脉冲光纤激光器来进行激光抛光实验。
对316L进行抛光实验，分别选择532nm波长的CW半导体激光器和35513.m波长的大功率紫外激光器（AVIA355-3000）组合的方式，来同时进行抛光金属实验。
他采用CW半导体激光器来控制输出的激光的能量密度，采用紫外激光器来进行抛光。
使用KF准分子激光器，对几种金属表面进行了抛光实验。
3展望
激光抛光应用在金属材料上，作为一种新型的加工技术，已经得到越来越多的研究者的关注。
这种方法具有其独特的优越性，它是一种非接触式抛光方法，灵活性强，既可以对材料整体抛光，又可以局部抛光。
其抛光在大气环境中进行，对材料没有限制。
通过对这种技术的进一步深入研究，可以为现代工业提供一种高效率、高柔性、低成本、工艺相对简单的抛光方法。
激光抛光金属这项技术虽然有其许多优点，但目前对其研究工作还不是很多。
其本身的限制条件也是一个重要原因。
如由于激光器类型的限制，很多激光不能应用在金属表面的抛光中。
正是近年来激光器的不断发展，才有很多学者开始尝试使用新型的激光器对金属表面进行抛光。
因此，作为激光抛光的最大的限制条件，开发出新的激光器是目前的最大的研究需求之一。
此外，三维（3D）增材制造现在是一个研究热点，而一般3D增材制造得到的金属表面都比较粗糙，使用激光对这种金属表面进行直接抛光是最好的方法。
但是目前激光对3D增材制造的表面抛光的文献报道还不是很多，因此，关于这方面还有大量的研究工作可以进行。
进一步的研究还需要开发新的激光抛光金属表面的模型，为激光抛光工艺参数的选择建立一个知识库。
同时，对激光抛光表面的其他特性，如表面摩擦性能、微/纳米表面裂缝的形成进行全面描述，另外，对于选择不同的材料进行激光抛光时，抛光工艺参数的快速选择和优化也是一个需要研究的方向。
4结束语
激光抛光作为一种有效的抛光方法，完全有可能替代人工抛光。
但是，仅仅通过实验来证明激光能抛光金属材料本身是远远不够的，深入的分析激光与材料相互作用的机理是很有必要的。
目前的研究工作，主要是围绕机理形成、建模计算、工艺实验、分析结果等几方面进行，但总体研究水平尚处在初步的探索阶段，进入实际的企业生产应用还需要一定的时间。