Y向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

作     者：段俊杰 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张宏伟;张天刚

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光清洗 铝合金 丙烯酸聚氨酯复合漆层 Y向搭接率 除漆机制 

摘      要：激光清洗作为21世纪最具有潜力的绿色清洗技术,被广泛应用于化工、建筑、医疗、航空航天以及国防军工等不同领域。为了顺应时代大背景的发展,各行各业对激光清洗技术提出了更高的要求,这些新要求促使激光清洗技术进一步成熟。本文使用COMSOL软件对激光除漆建立有限元仿真模型,分析漆层在高斯激光作用下的变化。采用纳秒脉冲光纤激光器,对2A12铝合金基材表面的丙烯酸聚氨酯复合漆层进行清洗实验,研究不同Y向搭接率（η）对除漆效果的影响。通过仿真数据与实验结果相结合,探究激光除漆的作用机制。本文的主要研究内容为:（1）利用COMSOL仿真软件对单脉冲激光光斑作用漆层过程进行建模,通过固体传热和边形几何两个模块,对单脉冲激光烧蚀漆层的热动力学微行为进行研究,分析激光在单脉冲周期内作用漆层时温度场的分布和光斑烧蚀凹坑的变化。（2）以单光斑模拟仿真为依据,建立脉冲激光多光斑连续除漆模型,研究热量累积对漆层去除深度的影响。发现除第一个脉冲以外,其他每个脉冲周期开始前,漆层表面均有热量残留,在热量累积作用下,激光光斑对漆层的作用深度逐渐加深,至第四个光斑,漆层的去除深度开始趋于稳定。（3）对激光除漆进行多个光斑清洗实验,并对清洗后的表面进行多种形貌观察,发现当η=0和20%时,面漆全部去除,底漆部分去除;当η=40%时,仅少量底漆残留,大部分氧化膜破坏,基材显露;当η=60%时,复合漆层全部去除,基材烧损;且随着η值逐渐增大,清洗表面烧蚀现象明显增加,漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面。（4）结合清洗后的表面形貌特征（凹坑-间隔-凹坑）和表面物质成分研究分析,发现清洗过程中烧蚀-等离子冲击（屏蔽）-烧蚀交替进行,烧蚀与等离子冲击作用后均会对清洗表面形成热影响,导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排,同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制;激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。