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激光与光电子学进展 1997年第7期34卷 17-20页

作者：谭东晖陆冬生华中理工大学激光技术国家重点实验室武汉430074

讨论了采用波长为308nm，脉冲宽度为28ns的准分子激光清洗基片的实验研究，分析了激光清洗过程中清洗阈值和损伤阈值存在的原因，并对它们进行了定量性推导。

关键词：激光清洗清洗阈值损伤阈值激光技术

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三波长皮秒激光清洗石质文物的对比研究

中国激光 2024年

作者：胡文哲宋官印李晨毓张雪雁聂树真曲亮刘晓龙中国科学院大学光电学院故宫博物院文物保护标准化研究所中国-希腊文物保护技术“一带一路”联合实验室中国科学院空天信息创新研究院

针对安全高效地清除石质文物表面污染物的需求，进行1064nm、532nm、355nm三个波长皮秒激光清洗自制石质文物样品的数值模拟和实验的对比研究。使用双温模型模拟三个波长皮秒激光与污染物相互作用的过程与同能量密度激光烧蚀深度的差异... 详细信息

针对安全高效地清除石质文物表面污染物的需求，进行1064nm、532nm、355nm三个波长皮秒激光清洗自制石质文物样品的数值模拟和实验的对比研究。使用双温模型模拟三个波长皮秒激光与污染物相互作用的过程与同能量密度激光烧蚀深度的差异，通过实验确定了石质文物表面污染物在三个波长皮秒激光作用下的清洗阈值，并从清洗阈值、清洗效率、粗糙度、元素含量等多方面对比分析了三个波长皮秒激光清洗效果的差异。实验中使用共轴CCD实时监测系统实时控制激光清洗的进程，使用共聚焦显微镜和荧光能谱仪分别测量清洗后表面粗糙度和元素含量。实验结果表明，三个波长皮秒激光的清洗阈值分别为0.198±0.033J/cm2,0.573±0.114J/cm2和0.739±0.249J/cm2。能量密度为2J/cm2时，三个波长的激光烧蚀污染层深度分别为171μm、106μm、62μm，且1064nm波长的激光清洗后的样品表面粗糙度最小，污染物的主要成分硫元素(S)和铁元素(Fe)的含量最少。综合考虑清洗阈值、清洗效率、清洗后样品表面粗糙度、污染物元素含量等多方面，1064nm波长的激光清洗阈值最低，清洗效率最高，清洗得最为彻底，整体清洗效果优于另两个波长激光的清洗效果。

关键词：激光清洗石质文物三波长皮秒激光双温模型清洗阈值

光学基片表面镀金薄膜的激光清洗阈值和损伤阈值

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航空制造技术 2000年第5期43卷 34-36页

作者：史兴宽徐传义任敬心王健巴瑞璋西北工业大学精密超精密加工技术研究室中国航空工业制造工程研究所

介绍了光学基片表面镀金薄膜激光清洗的原理和装置。利用激光加工机对光学玻璃表面的镀金薄膜进行了激光清洗试验。

关键词：光学基片激光清洗镀金薄膜清洗阈值损伤阈值

激光能量密度对TWIP钢表面氧化物清洗效果及机理的影响

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热加工工艺 2024年 101-105页

作者：刘宏伟杨文光彭珍珍汪殿龙姚云峰迟永波河北科技大学材料科学与工程学院河北省材料近净成形技术重点实验室京津冀再制造产业技术研究院上海新孚美变速箱技术服务有限公司

针对孪晶诱发塑性(TWIP)钢板表面氧化层难去除的问题，采用近年来兴起的激光清洗方法，通过观察和测量不同能量密度激光清洗TWIP钢表面的形貌以及氧元素含量，研究了激光清洗技术对TWIP钢表面氧化层的作用效果及机理。结果表明：当能量... 详细信息

针对孪晶诱发塑性(TWIP)钢板表面氧化层难去除的问题，采用近年来兴起的激光清洗方法，通过观察和测量不同能量密度激光清洗TWIP钢表面的形貌以及氧元素含量，研究了激光清洗技术对TWIP钢表面氧化层的作用效果及机理。结果表明：当能量密度高于12.7 J/cm2时，氧化层开始发生热膨胀而从表面剥离，因此确定此值为氧化层的清洗阈值；当能量密度高于38.2 J/cm2时，材料蒸发引起的热烧蚀起主导作用；当能量密度高于50.9 J/cm2时，增大激光能量会造成基体的氧化，因此确定此值为氧化层的损伤阈值。本研究不仅可为激光清洗在TWIP钢表面氧化层的去除方面提供理论指导，同时也可为TWIP钢的高效、清洁化生产加工提供有效方法。

关键词：激光清洗 TWIP钢清洗阈值损伤阈值清洗机理

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连续-纳秒组合激光分层除漆阈值研究

连续-纳秒组合激光分层除漆阈值研究

作者：孙旭东长春理工大学

学位级别：硕士

激光清洗技术是近些年来发展迅猛的一种较为新兴的清洗技术。它能够应用于各种类型表面污染物的去除,相对于传统的化学清洗方法,激光清洗不需要清洗介质,清洗过程中仅产生极少量粉尘,因此对环境几乎无污染,并且激光清洗不损伤基体,凭借... 详细信息

激光清洗技术是近些年来发展迅猛的一种较为新兴的清洗技术。它能够应用于各种类型表面污染物的去除,相对于传统的化学清洗方法,激光清洗不需要清洗介质,清洗过程中仅产生极少量粉尘,因此对环境几乎无污染,并且激光清洗不损伤基体,凭借其诸多优点,激光清洗技术正逐步取代传统的清洗技术在众多领域中的应用。激光清洗技术,不仅开辟了激光技术在工业领域的新发展,并凭借其无损、环保、高效的优势在诸多领域显现出了更为广阔的应用前景,因此,国内外研究者在激光清洗技术方面开展了大量研究。目前,国内外研究中,用于激光清洗的激光器以连续激光、纳秒脉冲激光居多,清洗技术发展较为成熟,而近些年新兴的组合激光在激光作用效率和效果方面更具优势,给激光清洗技术带来了新的思路。特别是在高铁、汽车等车体激光除漆中,漆层一般为多层结构,各漆层存在物化性质差异,厚度不同,分布不均匀等问题,在激光除漆方面,采用单一体制激光很难实现理想的除漆效果,而组合激光则可以通过对激光参数的调控,更容易实现分层除漆,提升除漆效率,改善除漆效果。其中,激光除漆阈值作为激光清洗的重要参数,对组合激光分层除漆的研究具有重要的参考价值和现实意义,因此,本论文开展了连续-纳秒组合激光分层除漆的阈值研究,该研究成果将为激光清洗的实际应用提供理论指导和参考依据。本论文采用连续激光和连续-纳秒组合激光对车体表面漆层的清洗阈值开展研究,以7075铝合金基体表面不同种类、不同厚度漆层为清洗对象,建立了组合激光分层除漆的理论模型,采用仿真与实验相结合的方法,分析了连续激光和连续-纳秒组合激光两种不同体制激光除漆过程的温度变化、去除深度变化和激光除漆效果,给出了不同体制激光清洗阈值,针对清洗阈值的变化特点,分析了激光除漆作用机理的差异。首先,通过分析激光与漆层相互作用的物理过程,建立了相应的温升及烧蚀振动模型;依据基体和各漆层参数建立了二维轴对称几何模型,利用有限元仿真软件开展了数值模拟,通过仿真计算得到了激光除漆的温度变化、去除深度变化;通过对激光除漆过程的仿真,获取了各漆层清洗阈值和基体损伤阈值等激光参数。其次,分别开展了连续激光和连续-纳秒组合激光的除漆实验。针对7075铝合金基体分别附着醇酸漆、环氧清漆和环氧底漆的靶材开展了对比研究。主要分析了连续激光、组合激光总能量注入等因素对不同涂层的温度、去除深度、除漆效果的影响规律,实验结果给出了连续激光去除单层油漆靶材的清洗阈值为177.74 W/mm,去除双层油漆靶材的清洗阈值为192.90 W/mm,去除三层油漆靶材的清洗阈值为147.44 W/mm;确定了组合激光去除单层油漆靶材的清洗阈值为74.92 J/mm,去除双层结构靶材的清洗阈值为104.69 J/mm,去除三层油漆靶材的清洗阈值为60.07J/mm。实验中发现了较厚的三层漆层的清洗阈值低于较薄的双层漆层靶材这一现象,并分析了这种现象的成因。最后,对连续激光和连续-纳秒组合激光的除漆阈值进行了对比,分析了激光清洗阈值的差异,并结合仿真和实验研究结果,揭示了激光除漆的作用机理。

关键词：激光清洗激光除漆组合激光分层除漆清洗阈值

Application of thermal stress model to paint removal by Q-switched Nd:YAG laser

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Chinese Physics B 2014年第7期23卷 433-438页

作者：邹万芳谢应茂肖兴曾祥志罗颖 Institute of Optoelectronic Materials and Technology Department of Physics and ElectronicsGannan Normal University

In this paper, we demonstrate that thermal stress is the main mechanism in the process of paint removal by Q-switched Nd:YAG laser(λ = 1064 nm, τ = 10 ns). A theoretical model of paint removal by short-pulse laser is established from the perspective of thermal stress. Thermal stress is generated by thermal expansion, and the temperatures of different samples are calculated according to the one-dimensional(1D) heat conduction equation. The theoretical cleaning threshold can be obtained by comparing thermal stress with the adhesion of paint, and the theoretical damage threshold is obtained by calculating the temperature. Moreover, the theoretical calculations are verified by experimental results. It is shown that the thermal stress model of the laser cleaning is very useful to choose the appropriate laser fluence in the practical applications of paint removal by Q-switched Nd: YAG laser because our model can validly balance the efficiency of laser cleaning and the safety of the substrate.

关键词： Nd YAG激光器热应力模型 Q开关应用激光能量密度激光清洗短脉冲激光清洗阈值

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油气管道防腐涂层的激光清洗实验研究

油气管道防腐涂层的激光清洗实验研究

作者：雷璞中国民航大学

学位级别：硕士

激光清洗技术是利用脉冲激光对待清洗物表面进行辐照,通过激光与目标物相互作用,使得目标物自身结构组成发生改变导致与基材间宏观力学特性改变,最终达到清洗的目的。该技术有着清洗效率及清洗精度极高且对环境和人无害的优点,目前在航... 详细信息

激光清洗技术是利用脉冲激光对待清洗物表面进行辐照,通过激光与目标物相互作用,使得目标物自身结构组成发生改变导致与基材间宏观力学特性改变,最终达到清洗的目的。该技术有着清洗效率及清洗精度极高且对环境和人无害的优点,目前在航空工业、微电子、文物修复等方面广泛应用,但是对油气管道涂层激光清洗基本属于空白;为了能寻求替代传统清洗油气管道涂层方法的技术,对油气管道防腐涂层的激光清洗最佳参数的探究、清洗机理分析、研究激光参数对清洗质量影响是很有必要的。清洗实验的开展需要有参数指导,首先建立激光清洗油气管道涂层模型,以实验所用激光器和试样来对清洗模型建立能量守恒方程、温度分布方程;其次对实验所用试样进行制备并检测涂层成分、涂层与基材间粘结力;最后对具有不同基材粗糙度的试样进行分组单一变量实验,以变激光扫描次数、不同基材粗糙度来研究其对涂层清除效果的影响;对所有清洗实验中出现的特殊形貌进行汇总并分析,在清除掉完整涂层的前提下进行变激光功率、扫描速度的清洗实验,研究基材表面耐蚀性与初始基材耐蚀性的变化,对基材表面和横截面的力学性能影响。通过变功率模拟激光清洗实验得出清洗阈值为20W,基材损伤阈值为400W。粘结力测试结果表明涂层与基材之间粘结力是随着粗糙度的降低随之降低;对清洗实验后的数据进行整合分析发现在其他参数一定的情况下,扫描次数越多,清洗率越大;在同一激光清洗参数下,粗糙度越低涂层清除率越高,但是粗糙度太低会使基材表面过度氧化。功率增大会使得完成涂层清除任务的扫描次数降低,同时也会使基材表面氧化程度增加,通过三维形貌测试发现:激光清洗会对基材表面形貌带来改变形成峰谷结构,随着注入激光能量的增多,基材表面粗糙度降低;轮廓峰谷平均距离与激光功率呈正相关;功率越大基材温度越大在激光的冲击下形成的轮廓沟越深。在本研究采用的实验条件下,42.5W为最佳激光功率;随着速度的增大会使得完成目标的扫描次数增多,但是基材表面氧化程度会降低,2500mm/s为最佳扫描速度;紧接着通过对清洗过后的基材横截面微观组织分析研究发现基材横截面出现了新的形貌:带状区和裂纹存在区,其产生原因是基材本身小孔在其周围有元素氧化,气化造成原本元素占比失衡,小孔首先撕裂形成裂纹,热量的持续注入使得裂纹逐渐连接在一起结合激光冲击挤压形成带状。整个清洗实验表明采用合适的激光清洗参数会满足清除涂层的目的,并能提高基材表面的硬度和耐蚀性。

关键词：激光清洗管道涂层清洗阈值最佳参数裂纹

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激光技术清除陶质文物表面污染物的工艺研究

激光技术清除陶质文物表面污染物的工艺研究

作者：初伟铭西北大学

学位级别：硕士

陶质文物的清洗是对其进行保护的首要环节。相较于传统的接触式清洗手段可能会带来陶质文物基体损伤或者彩绘颜料受损,激光清洗采用非接触手段对于清洗技术的拓展和延伸具有重要的研究意义。本文选用EOS-QS型1064nm激光清洗机进行彩绘... 详细信息

陶质文物的清洗是对其进行保护的首要环节。相较于传统的接触式清洗手段可能会带来陶质文物基体损伤或者彩绘颜料受损,激光清洗采用非接触手段对于清洗技术的拓展和延伸具有重要的研究意义。本文选用EOS-QS型1064nm激光清洗机进行彩绘表层泥土污染物和陶质文物表面硬结物的实验清洗参数及阈值探究,并应用于陶质文物的清洗,主要研究内容及结果如下:(1)激光清洗陶质文物颜料表面泥土污染物:根据彩绘陶器表面较为常见的4种颜料,选择石青、石绿、蛤粉、铁红四种颜料做模拟彩绘样品,激光清洗机选择不同模式对颜料表面进行清洗。结果表明:QS模式不适合应用在颜料的损伤实验,在FR模式下铁红、蛤粉、石青、石绿的损伤阈值分别为5.57J/cm、6.37 J/cm、3.98 J/cm、4.38 J/cm。分别配制1%、3%、5%浓度的B72和SF-016,来探究适合激光清洗的加固剂浓度。结果表明1%、3%浓度下,四种颜料表面泥土的清洗能量会随加固剂浓度的增加而增加,但都在颜料的损伤能量以下,不会对颜料造成损伤,无加固剂时铁红、蛤粉、石青、石绿表面泥土的清洗阈值分别为2.39 J/cm、1.99 J/cm、2.39 J/cm、1.99J/cm。(2)陶质文物表面的硬结物激光清洗:模拟实验选择陶质文物残片进行实验,对清洗效果进行评估,结合污染物清洗前后的面积比和清洗深度表征清洗率并配合扫描电镜的观察发现:硬结物清洗中介质选择75%乙醇较为适合,并且激光清洗机选择QS模式,频率为20Hz,能量为140m J,清洗4次其清洗效率较高且不会对基底造成损伤,此时清洗阈值为1.98 J/cm,清洗率可达到90%以上。(3)陶质文物激光清洗应用:从激光对焦作、山东临淄、唐恵陵陶质文物清洗效果可以看出,激光清洗可以较好的对彩绘表面的泥土进行清洗,并且不会对颜料造成损伤。陶质文物表面硬结物的清洗清洗率达到90%以上,也达到了较为理想的清洗效果。本文探究了激光技术清除陶质文物表面污染物的工艺,提高了清洗过程的安全性。该研究丰富了陶质文物表面污染物的清洗方法,为进一步进行陶质文物的保护提供保障。

关键词：陶质文物激光清洗损伤阈值清洗阈值

38CrMoAl材料表面污染物激光清洗技术

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红外与激光工程 2018年第7期47卷 63-69页

作者：薛亚飞王巍王学锋王军龙李广高文焱李本海李凯北京航天控制仪器研究所北京100854

采用脉冲激光对38CrMoAl材质样件进行了激光清洗试验研究,通过显微镜、白光干涉仪、台阶仪、红外测温仪等分析方法,研究了38CrMoAl材料表面污染物的清洗阈值、损伤阈值、激光功率密度对清洗效果的影响规律。结果表明,当激光功率密度大于... 详细信息

采用脉冲激光对38CrMoAl材质样件进行了激光清洗试验研究,通过显微镜、白光干涉仪、台阶仪、红外测温仪等分析方法,研究了38CrMoAl材料表面污染物的清洗阈值、损伤阈值、激光功率密度对清洗效果的影响规律。结果表明,当激光功率密度大于1.22 J/cm^2时,样件表面污染物开始被有效清除,对应污染物的清洗阈值,当能量密度增加到3.11 J/cm^2时,38CrMoAl基材开始出现损伤,对应基材的损伤阈值;当能量密度位于清洗阈值和损伤阈值之间时,清洗机理主要为振动效应;当激光能量密度为2.36 J/cm^2时,清洗效果最好,样件表面污染物去除干净,清洗前后表面粗糙度基本没有变化,基材无损伤,激光清洗可满足38CrMoAl材质样件的精密清洗需求。

关键词：激光清洗工艺优化清洗阈值