例如,工件表面粘有亚微米级的污染颗粒时,这些颗粒往往粘得很紧,常规的清洗办法不能够将它去除,而用纳米激光辐射工件表面进行清洗则非常有效。还由于激光对工件是无接触清洗,对精密工件或其精细部位清洗十分安全,可以确保其精度。所以激光清洗在清洗行业中优势。
激光为什么能够用来清洗?为什么对被清洗物体不会造成损害呢?了解一下激光的本质。简单来说,激光和在我们身边的如影随形般的光线(可见光和不可见光)没有什么不同,只不过激光是利用谐振腔把光聚集在同一个方向上,并且有较单纯的波长,协调性等性能更好,因此理论上所有波长的光都可以用来形成激光,但实际上受限于能够激发的介质不多,因此能够产生稳定且适合工业生产的激光光源相当有限。被广泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。由于Nd:YAG激光可以通过光纤传输更适合工业应用,因此在激光清洗中也多被采用。
学术上说:激光烧蚀(激光清洗学名)或光烧蚀是通过用激光束照射从固体(或有时为液体)表面去除材料的过程。 在低激光通量下,材料被吸收的激光能量加热并蒸发或升华。 在高激光通量下,材料通常会转换为等离子体。
脉冲式的Nd:YAG激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性,基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。其物理原理可概括如下:
a)激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收。
b)大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体),产生冲击波。
c)冲击波使污染物变成碎片并被剔除。
d)光脉冲宽度足够短,以避免使被处理表面遭到破坏的热积累。
e)实验表明当金属表面上有氧化物时,等离子体产生于金属表面。
等离子体只在能量密度阈值的情况下产生,这个阈值取决于被去除的污染层或氧化层。这个阈值效应对在基底材料安全的情况下进行有效清洁非常重要。等离子体的出现还存在第二个阈值。如果能量密度超过这一阈值,则基底材料将被破坏。为在基底材料安全的前提下进行有效的清洁,根据情况调整激光参数,使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间。
精密机械工业常常需对零件上用来润滑和抗腐蚀的酯类及矿物油加以清除,通常是用化学方法,而化学清洗往往仍有残留物。激光去酯可以将酯类及矿物油完全去除,不损伤零件表面。其污染物去除是由冲击波完成,零件表面氧化物薄层爆炸性气化形成了冲击波,导致污物去除,而非机械互作用。材料去酯用于航天工业机械零件的清理。机械零件加工中的油酯去除同样可采用激光清洗。