激光清洗技术及其工艺研究
摘要：文章主要以激光清洗技术及其工艺的研究现状为本体对象，试图厘清激光清洗已有的应用领域和研究成果，包括激光清洗在高端制造业领域的应用，激光对铝合金表面的作用机理以及激光清洗后材料的表面组织与性能。通过文章初步认清国内外激光清洗研究的成果和所处的方位，以期为进一步的研究作一简单的回顾性综述。
关键词：激光清洗，铝合金，工艺参数，表面组织，性能
- 前言
激光清洗作为一种先进技术，被认为是清洗工业的“颠覆者”，有着高效、可达性好、绿色无污染、易于自动化控制等优点，已经广泛运用于文物去污、轮胎模具清洗等方面，还可去漆、除锈等。如今先进制造业已成为国际竞争的制高点，发展激光清洗技术对我国装备国际竞争力的大幅提升、经济和社会的发展具有非常重要的战略意义。
- 激光清洗在高端制造业领域的应用
激光清洗技术适用范围非常广，在工业发展中的应用价值潜力巨大，几乎可以覆盖整个工业领域。但是，目前激光清洗技术发展不平衡，在高端制造领域只实现了部分工业化。
在半导体行业，Zapka等[1,2]在20世纪90年代将激光清洗技术成功应用于半导体制造工艺中,用于去除掩模板表面微颗粒。国内谭东晖等[3,4]采用准分子激光直接清洗硅片，获得硅片清洗的清洗阈值和损伤阈值，进一步完善激光清洗在半导体行业应用的工艺。目前激光清洗广泛应用于半导体行业中，相关技术已较为成熟。
在汽车制造行业，朱伟等[5]采用脉冲光纤激光器清洗车用6005A铝合金平板基材表面的快干热塑性丙烯酸气雾漆，不仅达到理想脱漆效果，而且提高基材表面的力学性能；俞鸿斌[6]开展车用6005A铝合金表面除漆和除锈的最佳工艺参数研究，获得了优化的工艺参数，论证了激光清洗具有强化基材表面的效果。佟艳群等[19]采用高重复频率的纳秒脉冲光纤激光器实现6061铝合金焊接前表面氧化物清洗，实验表明氧化物被彻底去除，形成良好的焊缝形貌，降低了气孔的产生概率。激光清洗也应用于汽车轮胎模具清洗[7,11]。由此可见，激光清洗技术在汽车制造行业也已经广泛应用，但是对于汽车电池托盘用铝合金的激光清洗还没有相关研究。
在海洋装备行业，解宇飞和刘洪伟[8,9]展开针对船舶钢材表面的激光除锈研究，研究表明防腐性能达到传统喷砂除锈的工艺指标，激光除锈后钢板表面的力学性能得到提高。佟艳群等[10]对船用钢板进行焊前坡口及两侧的30mm区域激光清洗，获取了激光清洗的最优工艺参数。除了船舶钢材外，可以从提高材料表面性能以及装备抗风浪能力、服役安全度和寿命等角度，开发激光清洗在船舶制造和修复、深海钻井储油平台、港口机械、集装箱等方面的应用，因此激光清洗在海洋装备行业的应用具有广阔的发展前景。
在高铁和航空航天领域，材料表面性能要求较高，采用激光清洗可以有效提高材料表面性能。Guodong Zhu等人[17]研究发现激光清洗可以在不降低飞机蒙皮表面的摩擦、磨损和耐腐蚀性能的情况下实现脱漆。Tianyi Shi等人[18]发现激光清洗能够有效提升铝合金金属基体的拉伸和弯曲性能，这可以扩展铝合金在高速列车上的应用。采用激光清洗油漆，实现复合材料胶接前预处理等工艺，可以解决效率低、清除不均匀、表面性能差、环境污染等大问题，且目前机械和化学清洗方法是去除铝合金氧化层的主要方法[18]，激光清洗在该领域也具有很大的发展空间。
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