世界上第 1 台激光器降生于 1960 年由美国科学家西奥多哈罗德梅曼教授利用红宝石研发，今后开启了激光造福人类的大门。在接下来的时间里应用于种种领域的激光器相继降生。激光技术的推广使得医疗、装备制造、精准丈量和再制造工程等领域科技飞速生长加速了社会进步的法式。
在清洗领域中激光的应用更是取得了重要结果。与传统的清洗要领相好比机械摩擦、化学腐蚀和高频超声等激光清洗可以实现全自动化运行其具有事情效率高、成本低、对情况无污染、对基材无损伤和质料的适用规模广等优点完全切合绿色、环保的加工理念是目前最可靠、有效的清洗方式。
清洗是对废旧机械零部件检测和加工的前提接纳激光清洗技术可以有效地控制基体外貌形貌和外貌粗拙度实现基材清洗后性能的提升也可应用于大型零部件制造、外貌处置惩罚或者再制造领域。虽然目前激光清洗还没有完全取代传统的清洗方式但随着国家对制造业节能、减排等环保意识的增强激光清洗将以它奇特的优点逐渐走进人们的生活。
01 激光清洗原理
在 20 世纪 80 年代中期，Beklemyshev、Allrn 等科学家针对实际事情需要将激光技术与清洗技术结合起来并进行了相关研究自此激光清洗（ Laser Cleanning）这一技术理念降生.众所周知污染物与基体之间的结协力分为共价键、双偶极子、毛细作用以及范德华力等作用力如能将此作用力克服或破坏那么就会到达脱污的效果。
激光清洗是利用激光光束具有大的能量密度、偏向可控和汇聚能力强等特性，使污染物与基体之间的结协力受到破坏或者使污染物直接气化等方式进行脱污，降低污染物与基体的结合强度，进而到达清洗工件外貌的作用。激光清洗原理图如图１所示。当工件外貌污染物吸收激光的能量后，其快速气化或瞬间受热膨胀后克服污染物与基体外貌之间的作用力，由于受热能量升高，污染物粒子进行振动后而从基体外貌脱落。
整个激光清洗历程大致分为４个阶段，即激光气化剖析、激光剥离、污染物粒子热膨胀、基体外貌振动和污染物脱离。虽然，在应用激光清洗技术时还要注意被清洗工具的激光清洗阈值，选择合适的激光波长，进而到达最佳的清洗效果。激光清洗能够在不损伤基体外貌的前提下，使基材外貌的晶粒结构和取向改变，而且还能够对基体外貌粗拙度进行控制，从而增强基体外貌的综合性能。清洗效果主要受光束特性、基底与污物质料的物性参数和污物对光束能量的吸收能力等因素影响。目前，激光清洗技术包罗干式激光清洗技术、湿式激光清洗技术和激光等离子体攻击波技术等３种清洗方式。
在实际生产中，应凭据需要具体选择差异的试验要领和相关参数，来获得优质的清洗工件。在激光清洗历程中，外貌清洗效率与质量评定是确定激光清洗技术优劣的重要权衡尺度。
02激光清洗的生长情况
自 20 世纪 80 年代中期激光清洗技术理念降生后，激光清洗一直陪同着激光技术的进步而生长。20 世纪 70 年代美国科学家 J．Asums 率先提出用激光清洗技术清洗雕塑、壁画等文物的看法，而且在实践中验证了激光清洗对掩护文物具有重要作用。
外洋从事激光清洗设备生产的企业主要有美国的 Adapt Laser 和 Laser clean all 公司、意大利的 El En goup 公司以及德国的 Rofin 公司等，其激光设备大多为大功率、高重复频率的激光器。如 E.Y.Assendel'ft 等 1988 年首次利用短波高脉冲能量的 CO２激光器进行湿式清洗试验，脉宽 100ns、单脉能量 300mJ，其时在世界上占有领先职位。
外洋激光技术的生长以 1998 年作为历史分界，主要分为 2 个阶段：1998 年以前激光清洗刚刚兴起，相对来说投入的人力物力有限、生长较慢；从 1998 年至今，激光在清洗领域的生长突飞猛进。R.Rechner 等利用激光清洗铝合金外貌的氧化层，使用扫描电镜、能谱仪、紅外光谱和 X 射线光电子能谱分析等要领视察清洗前后的元素种类与含量的变化。另有学者将飞秒激光器应用到对历史文献、文件的清理和生存领域中，且具有高的清洗效率、小的变色效果和对纤维无任何损伤等优点。
我国激光清洗的研究起步相对较晚，早期也只有部门高校（如西安交通大学、大连理工大学和南开大学等）开展研究。2005 年华中科技大学和中科院的相关学者就军用装备外貌清洗做了研究，利用 TEA CO2 激光器对飞机外貌进行脱漆。2007 年南开大学的宋峰等开展调 Q 短脉冲激光除漆的理论研究。2008 年青岛科技大学的周桂莲等开展了激光对模具外貌清洗的温度场研究。南京理工大学的张平等利用激光等离子体攻击波对硅片外貌进行了清洗。
另有 2017 年陆军装甲兵学院的学者们率先研制出海内首台“新型 500W 高重频高能量激光清洗工程化设备”， 打破了我国大功率激光清洗设备依赖进口的局面。我国学者王曼曼等研究了激光清洗与传统清洗方式的差异性，自主研发了手持式激光清洗系统，并应用 Ezcad 软件，结果发现，手持式激光清洗系统使用更便捷，不受事情情况的限制，对于一些比力大型的工件进行除锈会比台式的越发方便，应用领域更辽阔。目前，我国虽然在激光清洗领域取得了一些进展，但激光器制造的焦点零件还需进口，部门焦点技术仍处于国际落后阶段；因此，增强开发我国激光清洗技术、在焦点技术层面上革新是任重道远的，也是迫在眉睫的。
03 激光清洗的应用
激光清洗在工业生产中作为加工的第 1 道工序，不仅可以有效除锈、除污， 还可以使基体外貌发生化学反映，生成一层掩护层防止基体重新生锈，提高其抗蚀能力。目前，激光清洗技术已应用到军工、工业生产、微电子、文物掩护和医疗等各个领域。
3.1 在军工领域中的应用
在军工领域中，最早美国科学家提出利用激光对军用飞机进行脱漆，并作了相关研究，但由于其时激光器设备昂贵且大而粗笨，故只停留在实验室研究阶段，今后随着激光设备的进步与完善，为激光清洗提供了便利。
我国罗红心等利用连续 CO２激光器对飞机蒙皮模拟试样进行脱漆，激光功率为 30W/mm２以 400mm/min 的扫描速度可一次将蒙皮旧漆除掉，且对基体无损伤。郑光等在前人的基础上对 TEA CO２激光飞机蒙皮脱漆后进行一系列性能测试，结果讲明，脱漆后的飞机蒙皮抗拉强度、疲劳强度以及维氏硬度等与基体相比均无变化，耐蚀性能有所上升；在不引起靶面气体击穿的前提下，激光的能量密度越高，脉宽越窄，越有利于脱漆。目前，厚度为 1mm、面积为 36m2 的旧漆层利用激光清洗可在 1h 内完全脱掉，在 48h 内可完成 1 架波音 737 飞机的蒙皮脱漆。以上足以说明，激光清洗技术在飞机蒙皮脱漆处置惩罚上的应用具有里程碑式意义。
在其他军用装备上激光清洗也发挥了巨大的作用。侯素霞等利用 CO2 激光器清洗军用装备外貌霉菌，凭据激光照射历程中使菌体燃烧或微量爆炸而气化剖析的原理，研制出了军用小型激光清洗设备，有效地防止了霉菌对武器装备的腐蚀和氧化，消除了菌丝形成的生物电桥对设备电路的影响，大大淘汰了武器装备清洗的人力、物力。宋桂飞等针对弹药修理面临的除锈除漆技术难题，利用 20W 光纤激光器对弹药开展了除锈除漆试验，结果讲明, 激光辐照扫描的部位锈蚀、残余油漆均被清除，并露出基体质料的金属光泽，且基体组织均匀、无损伤; 质料的外貌温度险些没有变化，讲明激光用于危爆装置外貌处置惩罚，不会因热效应而发生燃爆，只需要处置惩罚好激光特征参数与外貌处置惩罚质量、作业效率的关系。
在军用装备的维护与制造中激光清洗可提升装备维修的效率，淘汰武器弹药外貌的氧化，为军用装备、军队战斗力提供有力保障。
3.2 在工业领域的应用
在工业生产领域，机械设备长时间服役，零部件外貌积累了大量油污、废旧漆层、锈蚀和积碳等污染层。利用 TEA CO2 激光器清洗工业设备上恒久服役的铁钉后，利用 SEM 检验分析发现，铁钉上原有的镀锌镀层完好无损，只是将外貌的油污等污染层清除。
Y.C.Guan 等接纳脉冲 Nd：YAG 激光器（为 1064nm）对柴油机活塞的碳质沉淀物进行了清洗，后经 XPS 和 SEM/EDX 等检测发现，柴油机基体外貌的 Fe3C 被完全清除，羧酸盐也显著淘汰。罗雅等凭据焊接工艺需要，对焊前 TC11 钛合金进行激光清洗的前处置惩罚，并研究激光清洗对焊接性能的影响， 试验采 POWERLASE Rigel i400 的纳秒脉冲固体激光器，清洗功率为 150W， 线光斑长 25mm，扫描速率为 10mm/s，并使用氩气掩护，对清洗试件和未清洗试件划分进行真空电子束焊接并分析测试，结果讲明，激光清洗后可以完全 清除钛合金外貌的氧化膜和污染物，且焊缝质量为一级，内部无焊接缺陷发生， 可见激光清洗技术相对于传统的焊前试样处置惩罚要领，可以有效地改善焊接质量。
N.Maharjan 等学者利用波长 790nm、130fs 脉冲、功率 1.5W 的飞秒激光器清洗航空零部件，可有效地去除外貌污染物，经测试分析发现，清洗后外貌氧含量显著下降，在适当的激光参数下，将飞秒激光应用于清洗技术中可提高清洗效率。倪加明等利用激光清洗技术对铝合金阳极氧化膜进行局部激光清洗，并将清洗后的焊接试板进行对接焊接，通过 X 射线检测以评定焊缝质量， 接纳金相组织进行视察和分析，通过常温拉伸试验测试去除氧化膜对焊缝性能的影响，结果讲明，阳极氧化膜被彻底清洗洁净，经激光清洗的铝合金接头抗拉强度为 298~303MPa，拉伸断裂延伸率为 6.2%~6.5%，激光清理焊缝与机械刮削焊缝的性能规模一致，焊接历程中焊接熔池洁净， 焊缝无聚集状气孔、杂质等内部缺陷，大大提升了铝合金的焊接性。
S. Genna 等利用激光清洗技术对碳纤维增强塑料（CFRP）外貌进行清洗，探究了碳纤维布的激光辅助连接（LAJ）的预处置惩罚工艺，利用 Yb：YAG 纤维激光器，功率为30W，结果讲明，激光清洗作为预处置惩罚使接头强度显著增加， 其他参数最优情况下，强度是样本的 2 倍；激光清洗可从层压板中去除第 1 个环氧下层，这对改善连接形态极为有利。乔玉林等利用波长为 1064nm 的高重频高能量激光对钛合金外貌积碳进行了激光清洗试验，并分析了清洗速度对激光清洗钛合金积碳外貌的形貌和组成的影响，结果讲明，当激光功率为 500W、脉冲宽度为 20ns、频率为 18kHz、扫描宽度为 5cm 时，清洗速度为 7cm2/s 的清洗效果最佳，质量最好；若清洗速渡过�。押辖鹜饷不岱浩鸸獍吆奂＃獍咧行幕嵊胁棵盼⑷�。
激光清洗技术在橡胶生产行业同样有着不行替代的作用，轮胎模具由于长时间的服役，外貌沉积了大量污染物，对生产精度发生了巨大影响，利用激光技术可以对轮胎模具外貌进行“绿色”清洗。
激光清洗技术在工业上的应用，使除积碳效果和焊接工艺质量获得大幅度的提升，可对差异的基材外貌进行高效积碳清洗，淘汰焊接缺陷，提升质料的焊接性；同时还可节约企业的生产成本，提升企业的生产效率。
3.3 在其他领域的应用
在微电子加工、文物掩护和医疗等其他领域，激光清洗技术的应用也取得了很大进展。聚酰亚胺是电子元器件封装薄膜内部连接结构的介质质料，利用波长为 248 和 193nm 的准分子激光可以有效地剥离有机聚合物，防止 Pd 和TiCrW 等对聚酰亚胺的污染。在电路板清洗方面，被广泛应用的是 KrF 激光器，其脉冲能量为 300mJ、脉宽为 20ns、频率为 1Hz，可清洗电路板外貌的钝化膜。
激光清洗文物、工艺品以及修建物的应用已经很是广泛，在欧洲人们已经清洗了种种修建，如波兰的烈士墓、伦敦的西行政宫等。接纳 KrF 准分子激光器，用波长为 1.06nm 的激光可以有效地将石雕等工艺品（如石灰石、大理石和骨头）的污垢清洗洁净，且对文物自己无损害。虽然激光清洗技术应用效果十分可靠，但激光并不是所有文物都可以清洗的，如彩色多样的工艺品，由于差异的颜色对激光吸收色谱差异，导致吸收能量巨细纷歧，故能量吸收高的部门会受到损伤。
在医疗上，激光清洗已被应用在清洗纹身、纹眉领域中。以往利用化学药物清洗或者进行近一步纹涂掩盖，不光不能完全清洗掉色素，还会留下疤痕，甚至�：到。唤す庾饔糜诨即Γ眉す馔ūǖ哪芰拷乜帕？焖倩魉椋üし敉似ひ约跋赴淌傻却环绞饺コ粕砩兀壹す馇逑葱Ч己茫⒍曰颊叩钠し粑奚撕�。
另有学者将激光清洗技术与食品工业相结合，利用 YAG 纳秒脉冲激光器， 在差异的加工条件下，将 304 不锈钢板上的食品加工残留物清洗洁净。
T. Uthaijunyawong 等通过使用合适功率(12W)的激光，可以在不损坏底物外貌的情况下对食品用具进行清洗， 获得了 17% 的清洁面积， 通过GC/MS/SIM 技术定量分析了激光清洗前后的 16 种多环芳烃（PAHs）烟熏腌泡汁中发生的烟雾。试验讲明，在激光排气中，测试发现 2-3 环的多环芳烃约占全部多环芳烃的 86%，总的 PAH 浓度数值远远高于世卫组织中所划定的1ng/m3 多环芳烃含量，因此在激光清洗时要安装一个适当的抽吸系统，以防止食品的二次多环芳烃污染。激光清洗食品用具历程可以缩短清洗时间，淘汰有毒废物的使用，并在此历程中降低操作人员的职业风险。
04 结语
目前，我国制造业大而不强，缺乏焦点技术，在外貌处置惩罚工艺领域尤为突出。现代智能制造的生长，需要外貌处置惩罚技术作为基石，需要先进的工艺要领实现填补和替代，这是我国制造业由大转强历程中面临的一个重要挑战。
激光清洗技术作为现代绿色清洗技术，是新时代工业生长的产物，具有省时、省力、对基材无损害以及对情况无污染等优点。
文章来源：激光行业视察
