Лазер цэвэрлэгээ: Механизм, шинж чанар ба хэрэглээ

Програмын суурь

Аж үйлдвэрийн болон бусад салбарт химийн цэвэрлэгээ, механик нунтаглах зэрэг уламжлалт цэвэрлэгээний аргууд удаан хугацаанд давамгайлж ирсэн. Химийн цэвэрлэгээ нь их хэмжээний химийн хаягдал шингэнийг үүсгэж, хүрээлэн буй орчны бохирдол үүсгэдэг бөгөөд тодорхой нарийвчлалтай эд ангиудад зэврэлт үүсэх эрсдэл учруулж болзошгүй. Механик нунтаглах нь гадаргуугийн бохирдлыг арилгаж чаддаг ч суурь материалыг гэмтээх хандлагатай байдаг, нарийн төвөгтэй хэлбэртэй эд ангиудыг боловсруулахад муу үр дүнд хүрдэг, операторуудын эрүүл мэндэд заналхийлж буй тоосны бохирдол үүсгэдэг бөгөөд өндөр нарийвчлалтай цэвэрлэгээний шаардлагыг хангахад бэрхшээлтэй байдаг.

Агаарын тээвэр, төмөр замын тээвэр, далайн хөлөг онгоц зэрэг өндөр зэрэглэлийн үйлдвэрлэлийн салбарууд хурдацтай хөгжиж байгаатай холбогдуулан эд ангиудын цэвэрлэгээний шаардлага улам бүр чангарч байна. Нисэх онгоцны хөдөлгүүрийн агаарын соролт, өндөр хурдны төмөр замын вагоны кузов, хөлөг онгоцны тагны таг зэрэг том, нарийн төвөгтэй эд ангиудын гадаргуугийн чанар нь бүтээгдэхүүний гүйцэтгэл, ашиглалтын хугацаанд шууд нөлөөлдөг. Эдгээр эд ангиуд нь зөвхөн том хэмжээтэй, нарийн төвөгтэй хэлбэртэй төдийгүй маш өндөр цэвэрлэгээний нарийвчлал, үр ашиг, гадаргуугийн бүрэн бүтэн байдлыг шаарддаг. Уламжлалт цэвэрлэгээний аргууд нь орчин үеийн үйлдвэрлэлийн хөгжлийн хэрэгцээг хангахаа больсон.

Дэлхий нийтийн байгаль орчны талаарх мэдлэг нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан үйлдвэрлэлийн салбар бохирдуулагч бодисын ялгаруулалт болон нөөцийн хэрэглээг бууруулах дарамттай тулгарч байна. Ногоон цэвэрлэгээний технологи болохын хувьд лазер цэвэрлэгээ нь химийн бохирдолгүй, бага эрчим хүч зарцуулдаг, контактгүй цэвэрлэгээ зэрэг давуу талуудыг санал болгодог. Энэ нь уламжлалт аргуудаас үүдэлтэй байгаль орчны асуудлыг үр дүнтэй шийдвэрлэж, тогтвортой хөгжлийн стратегитай нийцэж, янз бүрийн салбарт хэрэглээний эрэлт хэрэгцээ огцом нэмэгдэж байгааг харуулж байна.

Лазер цэвэрлэгээний технологи: Механизм

Лазер цэвэрлэгээ гэдэг нь өндөр энергийн нягтралтай лазер туяаг ашиглан материалын гадаргуутай харилцан үйлчилж, бохирдуулагч эсвэл бүрхүүлийг суурь материалаас хуулагдах эсвэл задрахад хүргэдэг технологи бөгөөд ингэснээр цэвэрлэгээ хийгддэг. Лазер цэвэрлэгээний процесс нь дулааны абляци, стрессийн чичиргээ, дулааны тэлэлт, ууршилт, фазын дэлбэрэлт, ууршилтын даралт, плазмын цочрол зэрэг олон физик механизмыг хамардаг. Эдгээр механизмууд нь үр дүнтэй цэвэрлэгээ хийхийн тулд цэвэрлэгээний байг суурь материалаас салгахад хамтран ажилладаг. Цэвэрлэх орчинд үндэслэн лазер цэвэрлэгээг хуурай лазер цэвэрлэгээ, нойтон лазер цэвэрлэгээ,лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээ.

Хуурай лазер цэвэрлэгээ

Хуурай лазер цэвэрлэгээ нь одоогоор хамгийн өргөн хэрэглэгддэг лазер цэвэрлэгээний арга юм. Энэ нь суурь гадаргууг шууд цацраг туяагаар цацруулж, суурь гадаргуугийн дулааны тэлэлтийг бий болгож, ван дер Ваалсын хүчийг даван туулж, бохирдлыг зайлуулдаг.

Лазерын эрчим: Лазерын энергийн нягтралын мэдэгдэхүйц өөрчлөлт нь цэвэрлэгээний үр дүнд нөлөөлдөг. Бага энергийн эрчимтэй үед ууршилт болон фазын дэлбэрэлт давамгайлдаг; өндөр энергийн нягтралтай үед ууршилтын даралт болон цочролын нөлөөлөл бас үүрэг гүйцэтгэдэг. Хэт өндөр энерги нь плазмтай холбоотой асуудалд хүргэж болзошгүй. Субстратыг хамгаалахын тулд цэвэрлэгээг ихэвчлэн бага энергийн нягтралтай үед хийдэг.
Лазерын долгионы урт: Долгионы урт нь материалын энергийн холболттой холбоотой. Богино долгионы урт нь фотохимийн абляцигаар, харин урт долгионы урт нь фототермаль абляцигаар зонхилдог. Долгионы урт нь мөн бөөмс болон суурь материалын хоорондох хүч болон температурын тархалтад нөлөөлж, улмаар цэвэрлэх хүч болон үр ашигт нөлөөлж, өөр өөр материалд харилцан адилгүй нөлөө үзүүлдэг.
Импульсийн өргөн: Богино ба урт импульс нь өөр өөр цэвэрлэх механизмтай байдаг. Урт импульс нь хүчтэй абляцийн нөлөөтэй боловч сонгомол чанар муутай; богино импульс нь өндөр температур үүсгэж, бохирдлыг хамгийн бага хохиролтойгоор арилгахын тулд цочролын долгион үүсгэдэг. Хэт хурдан лазер импульс нь "хүйтэн абляци" механизмаар ажилладаг.
Тусах өнцөг: Босоо цацраг нь бохирдуулагч хэсгүүдийг лазерыг хаахад хүргэдэг; ташуу цацраг нь цэвэрлэгээний үр ашгийг сайжруулдаг.

Нойтон лазер цэвэрлэгээ

Нойтон лазер цэвэрлэгээг шингэн хальсны тусламжтайгаар хийдэг. Цэвэрлэх ажлын гадаргуу дээр шингэн хальсыг урьдчилан түрхдэг бөгөөд лазерын шууд цацраг нь шингэнийг хурдан халааж, гадаргуугийн бохирдлыг суурь материалаас зайлуулах хүчтэй цохилтын хүчийг бий болгодог.

Лазерын шок долгионы цэвэрлэгээ

Лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээг хуурай лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээ болон эрлийз лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээ гэж ангилдаг. Хуурай лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээнд лазер фокус нь цохилтын бөөмсийг плазм үүсгэж, шууд цацраг туяанаас үүсэх гэмтлээс зайлсхийдэг боловч харагдахгүй цэг үлдээдэг - үүнийг тусах өнцгийг тохируулах эсвэл хос цацрагийн цэвэрлэгээг ашигласнаар сайжруулж болно. Эрлийз лазерын цохилтын долгионы цэвэрлэгээнд уурын тусламжтайгаар, усан доорх болон нойтон лазерын цохилтын аргууд багтдаг. Энэ нь нягтрал зэрэг шингэний шинж чанартай холбоотой бохирдлыг арилгахын тулд шингэнтэй холбоотой нөлөөг ашигладаг бөгөөд өргөн хүрээний хэрэглээтэй бөгөөд мэдэгдэхүйц давуу талтай.

Аппликейшнүүд

Агаарын тээвэр: Титан хайлшийн агаарын оролт дээрх исэлдсэн хальснууд

Наносекундын импульсийн лазер цэвэрлэгээ нь титан хайлшийн агаарын нэвтрэлтийн гадаргуугаас исэлдсэн хальсыг арилгахад гайхалтай үр дүнд хүрдэг. Дулааны бага нөлөө нь суурь давхар исэлдэхээс сэргийлдэг тул үүнийг маш сайн цэвэрлэх арга болгодог.

Хуурай цэвэрлэгээний механизм: Дулааны абляци нь үндсэн механизм юм. Лазерын энерги нь исэлдсэн хальсан дээр үйлчлэхэд гадаргуу нь их хэмжээний энергийг шингээж, энергийн эрчмээс хамааран абляцийн механизмыг өөрчилж, янз бүрийн гадаргуугийн хэлбэрийг үүсгэдэг. Бага энергийн үед исэлдсэн хальсыг хэсэгчлэн арилгаж, дахин хайлсан хэсгүүдийг хамгийн бага байлгадаг; дунд зэргийн энергийн үед исэлдсэн хальсыг бараг л гэмтээлгүйгээр бүрэн арилгадаг; өндөр энергийн үед исэлдсэн хальсыг арилгасан ч субстратын мэдэгдэхүйц гэмтэл гарч, нуруу хэлбэртэй гадаргуугийн бүтэц үүсдэг.
Нойтон цэвэрлэгээний механизм: Бага энергийн нягтралтай үед гол механизм нь лазераар өдөөгдсөн цочролын долгион; өндөр энергийн нягтралтай үед дулааны абляци ба фазын дэлбэрэлт давамгайлдаг. Цэвэрлэгээний явцад титан хайлшийг хурдан хөргөж, халаахад мартенситик титан хайлш үүсдэг. Эрчим хүчний нягтрал тодорхой утгад хүрэхэд гадаргуу нь нано бүтэцтэй цухуйсан гадаргуу болж хувирдаг бөгөөд энэ нь титан хайлшийн материалыг дараагийн хэрэглээнд маш чухал ач холбогдолтой юм.

Өндөр хурдны төмөр зам: Хөнгөн цагаан хайлшин машины кузов дээр будах

Будгийн зузаан ба цэвэрлэх аргууд: Өндөр хурдны төмөр замын хөнгөн цагаан хайлшаар хийсэн машины кузов дээрх будгийг цэвэрлэхэд тохиромжтой лазер цэвэрлэх аргууд нь будгийн өнгө, зузаанаас хамааран өөр өөр байдаг.

Нимгэн будаг (зузаан ≤ 40μm): Будаг шингээх хурд багатай долгионы урттай лазер гэрлийн эх үүсвэрүүд нь дулааны чичиргээгээр дамжуулан илүү сайн үр дүнд хүрдэг.
Зузаан будаг: Будаг шингээх хурд өндөртэй долгионы урттай лазер гэрлийн эх үүсвэр шаардлагатай бөгөөд арилгахын тулд абляцийн механизм ашигладаг.
Улаан будгийг хуулах: Улаан будгийг хуулах гол механизм нь чичиргээ юм. Цэвэрлэх явцад лазерын энерги нь суурь давхаргад нэвтэрч, суурь давхаргын температурын өсөлтөөс үүссэн дулааны стресс нь будаг хуулагдахад хүргэдэг. Будагны давхаргыг бүхэлд нь арилгаж, хөнгөн цагааны хайлшин гадаргуу дээр үлдэгдэл будагны сул сүлжээ шиг хэлбэрийг үлдээж болно.
Цэнхэр будгийг арилгах: Ижил лазерын энергийн оролтын дор цэнхэр будаг нь улаан будгаас өндөр температурт хүрдэг боловч суурь материалын дулааны стрессийг багасгадаг. Будагны температур буцалгах цэгт хүрэхэд ууршилтаар арилдаг бөгөөд энэ нь ламинатжуулалт, шаталт, плазмын цочрол зэрэг хосолсон механизмуудтай хамт явагддаг.

Тэнгисийн цэргийн хөлөг онгоцнууд: Өндөр бат бэх ган их биеийн гадаргуу дээрх зэв

Зэв арилгах хуурай цэвэрлэгээ: Өндөр бат бэхтэй ган их бие дээрх зэвийг хуурай цэвэрлэх явцад арилгах гол механизм нь энерги шингээх үед исэлдсэн хальсыг ууршуулах явдал юм. Гадаргуугийн исэлдсэн хальсыг ууршуулах үед үүссэн доош чиглэсэн урвалын хүч нь зузаан исэлдсэн хальсыг арилгахад тусалдаг.
Шингэн хальсны тусламжтайгаар лазераар зэв арилгах: Үндсэн механизм нь энерги шингээх үед шингэний дусал фазын дэлбэрэлт бөгөөд зэвний давхаргыг арилгах цохилтын хүчийг бий болгодог. Шингэн хальсыг дэлбэрч буцалгах нь фазын дэлбэрэлтийн механизмын зэв арилгахад үзүүлэх нөлөөг сайжруулж, гадаргуугийн исэлдсэн хальсыг илүү сайн арилгах боломжийг олгодог боловч гүн шингэсэн исэлтэй тэмцдэг. Зэвний давхаргыг арилгах янз бүрийн механизмууд нь гадаргуугийн хайлсан металлын урсгалд нөлөөлдөг: фазын дэлбэрэлтээс үүссэн хажуугийн түлхэлт нь хайлсан давхаргын урсгалыг хавтгай гадаргуу болгон дэмждэг бол ууршилтаас үүссэн исэлдсэн уур нь шингэн металлын нүхийг дүүргэхээс сэргийлдэг.

Далайн орчин: Хөнгөн цагаан хайлшийн гадаргуу дээрх далайн бичил биетүүд

Лазерын параметрүүд ба цэвэрлэгээний үр нөлөө: Нарийн импульсийн өргөнтэй, өндөр оргил хүч бүхий лазерууд нь хөнгөн цагаан хайлшийн гадаргуу дээрх далайн бичил биетнийг маш сайн цэвэрлэдэг.
Бичил биетнийг зайлуулах механизм: Эсийн гаднах полимер бодисын (EPS) давхарга болон барнакле субстратыг лазераар зайлуулах механизм нь тус тус абляцийн ууршилт болон цочролын долгионы хуулах явдал юм. Бичил биетний макромолекулуудын дан гинж нь олон фотон шингээлтийн үед тасарч, олон тооны атом болж задардаг. Плазмын цочрол болон абляцийн механизмын хосолсон үйлчлэлээр далайн бичил биетнийг үр дүнтэй устгадаг.
Будаг болон далайн бичил биетэн зэрэг органик бодисын хувьд: Лазерын энергийн нягтрал багатай үед фотохимийн нөлөө нь химийн холбоог тасалдуулж, улмаар муудах, өнгө алдах эсвэл идэвхжил алдагдахад хүргэдэг. Эрчим хүчний нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр абляци, ууршилт, шаталтын дөл, плазмын цочрол зэрэг үзэгдлүүд үүсдэг. Оксидын хальс, зэв зэрэг органик бус бодисын хувьд: Эрчим хүчний нягтрал багатай үед ямар ч өөрчлөлт гарахгүй; энерги нэмэгдэхийн хэрээр абляци ба ууршилт үүсдэг.
Соёлын өвийн лазер цэвэрлэгээ

Импульсийн лазер нь соёлын өвийг хадгалахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд чулуун эд өлгийн зүйлс, цаасан эд өлгийн зүйлс, металл эд өлгийн зүйлс зэрэг соёлын дурсгалт зүйлсийг устгахгүй, өндөр нарийвчлалтай цэвэрлэх шаардлагыг хангадаг.