CN114682572B - 一种激光精准去除透明漆层方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光精准去除透明漆层方法，包括：(1)对拟除漆物体表面进行清洗；(2)选取透明的柔性薄膜；(3)在柔性薄膜表面制备出带锥度圆柱型通孔阵列，形成带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜；之后将直径为60μm～120μm的SiO2或TiO2或Cu小球自组装铺设在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上；(4)将小球阵列膜放置在拟除漆物体的表面；(5)使用红外波长激光照射小球阵列膜以去除透明漆层；重复步骤5)，直至所有需要除漆的区域除漆完毕。本发明采用基于近场光子的激光除漆方式，通过小球阵列膜对入射光场进行聚焦实现近场增强，改善了激光去除透明漆层的效果，解决了现有激光除漆技术除去透明漆层的效果不佳的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光精准去除透明漆层方法。
背景技术
在飞机、高铁等高端装备表面涂刷漆层可以起到装饰、强化防腐性能等作用。通常，表面漆层由预处理层、底漆层、面漆层、清漆层构成。其中，预处理层(俗称腻子层)具有增强底漆层和物体间附着力的作用；底漆层具有减缓腐蚀性介质渗透、增强面漆吸收形成面漆层的作用；面漆层具有隔绝外部环境、上色的作用；清漆层具有增加光泽度、硬度的作用，通常是无色透明的。
在飞机、高铁等高端装备的维修保养、更改涂装之前，需要对其表面漆层进行除漆操作，根据需要去除透明清漆、面漆、底漆中的一层或多层。使用化学方式除漆时，会产生大量污染环境的有毒废液，喷洒化学药剂对操作人员健康危害很大，并且总费用昂贵(如一架中型飞机所需脱漆化学药剂及人工费成本约10-15万元，此费用还未包括废液处理与大量清洗工具材料的费用)。同时，遇到清漆、面漆或底漆的化学成分相似的情况，除漆时只能一并去除，无法保留其余的漆层。因此，亟需找到新的去除漆层方法。
激光除漆是一种利用激光与漆层材料之间产生的烧蚀与分解效应、振动与冲击效应选择性去除基体表面功能层的技术。目前对激光除漆工艺的研究主要集中于激光除漆装置的研发、激光除漆工艺参数的影响规律和选择方法、激光除漆效果的评价方法等。
但是现有的激光除漆技术研究主要针对不透明漆层，对于需要去除透明漆层的情况，则不能起到很好的效果。原因在于激光在透明漆层中具有低吸收的特性，导致激光直接穿透了透明漆层，随后产生的烧蚀效应及振动效应将使得透明清漆层与不透明面漆、底漆层连带一起去除，不能实现精准去除表面透明清漆层且不损伤下面的面漆、底漆层。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种基于近场光子的激光精准去除透明漆层方法；该办法通过构造一种小球阵列膜，让激光照射在小球阵列膜上，产生纳米光子喷流，进而除去下方透明清漆层。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种激光精准去除透明漆层方法，包括如下步骤：
(1)对拟除漆物体表面进行清洗，除去物体表面灰尘；
(2)选取透明的柔性薄膜，要求其厚度为0.1mm～0.2mm、耐热温度为200℃以上；
(3)在步骤(2)所述的柔性薄膜表面制备出间隔为70μm～1300μm的带锥度圆柱型通孔阵列，形成带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜；所述带锥度圆柱型通孔阵列中每个圆柱型通孔的圆柱上端直径为70μm～130μm，圆柱下端直径为50μm～110μm，通孔的数量为每平方厘米不小于7000个；
之后将直径为60μm～120μm的SiO2或TiO2或Cu小球铺设在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，所述小球的直径要求小于圆柱型通孔的上端直径，大于圆柱型通孔的下端直径；所述铺设方法是将带有小球的悬浊液体倒在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，通过施加超声波振动驱使小球滚落至圆柱型通孔中实现自组装，与圆柱型通孔一一对应的排列在透明薄膜上，形成小球阵列膜；
(4)将步骤(3)中得到的小球阵列膜放置在拟除漆物体的表面，使得小球阵列膜恰好位于漆层上方；
(5)使用红外波长激光照射小球阵列膜以去除透明漆层；
(6)移动小球阵列膜至新的拟除漆区域上方；重复步骤5)，直至所有需要除漆的区域除漆完毕。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明解决了现有激光除漆技术除去透明漆层的效果不佳的缺陷。本发明采用基于近场光子的激光除漆方式，通过小球阵列膜对入射光场进行聚焦实现近场增强，改善了激光去除透明漆层的效果。
2、本发明解决了现有的激光除漆技术在控制精度上的不足，极大地提升了激光除漆过程中的加工精度。传统的激光除漆技术在改变除漆厚度时，需要考虑大量工艺参数间的复杂耦合，需要反复进行预实验才能确定大致的参数。采用本发明所使用的方法，仅需改变激光功率和小球直径及排列方式，即可精准确定加工深度。
3、本发明去除漆层速度快。传统的激光除漆需要对光束进行聚焦，调整光斑的大小形状至合适才可进行加工，本发明采用的“非聚焦方式”能够省去这部分操作和时间，当激光束打在小球阵列膜上，可在极短时间内形成近场增强效应，进而对透明漆层进行去除。
4、本发明降低了激光除漆的能耗。仅需较低的能量即可达到除漆的需求。
5、本发明可实现激光对复杂的曲面外形均可加工。使用传统的激光除漆方式对复杂的曲面进行除漆时，往往因焦点的位置脱离曲面导致效果不佳，本发明采用的小球阵列膜能够贴合在曲面上，实现复杂曲面的激光除漆。
附图说明
图1为使用小球阵列膜除去透明漆层示意图；
图2为实施例1中的小球阵列膜意图；
图3为实施例3中的小球阵列膜示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种基于近场光子的激光精准去除透明漆层方法，具体包括如下步骤：
(1)使用吹气、淋水等方式对拟除漆物体表面进行清洗，除去物体表面灰尘；
(2)选取厚度为0.1mm～0.2mm的透明、耐高温(200℃以上)的柔性薄膜，其材料可以是二氧化硅(SiO2)、液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(PPS)或聚酰亚胺(PI)等；
(3)如图1所示，在步骤(2)所述的柔性薄膜表面制备出间隔为70μm～1300μm的带锥度圆柱型通孔阵列，形成带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜；所述带锥度圆柱型通孔阵列中每个圆柱型通孔的圆柱上端直径为70μm～130μm，圆柱下端直径为50μm～110μm，通孔的数量为每平方厘米不小于7000个，具体视通孔之间的间隔而定；
之后将直径为60μm～120μm的SiO2或TiO2或Cu小球铺设在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，所述小球的直径要求小于圆柱型通孔的上端直径，大于圆柱型通孔的下端直径；所述铺设方法是将带有小球的悬浊液体倒在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，通过施加超声波振动驱使小球滚落至圆柱型通孔中实现自组装，与圆柱型通孔一一对应的排列在透明薄膜上，形成小球阵列膜1；
(4)将步骤(3)中得到的小球阵列膜放置在拟除漆物体2的表面，使得小球阵列膜恰好位于漆层3上方；
(5)使用红外波长激光，脉冲宽度为10ns～200ns，功率为10W～300W，照射小球阵列膜。
当小球的材质为SiO2或TiO2时，激光束通过小球面透镜进行聚焦形成光子纳米射流效应，于是小球下方小于一个半径范围内的光强大大增加至原来的数倍，使得透明漆层的激光烧蚀所需能量密度阈值降低，从而可以快速有效的去除透明漆层。
当小球的材质为Cu时，主要加工原理为等离激元效应，即在外界电磁场的激励和原子核的吸引的共同作用下，表面自由电子产生集体震荡，导致电荷的局域分布，使激光在Cu纳米小球表面产生近场增强，使得透明漆层的激光烧蚀所需能量密度阈值降低，从而可以快速有效的去除透明漆层。
(6)移动小球阵列膜至新的拟除漆区域上方；重复步骤5)，直至所有需要除漆的区域除漆完毕。
实施例1：
选取大小为100mm×200mm×2mm的CFRP(碳纤维复合材料)作为试样，其表面有ES1501浅色聚氨酯飞机复合材料专用底漆、TS70-1飞机蒙皮用聚氨酯磁漆、S01-20飞机蒙皮清漆。平均厚度分别为20μm、40μm、20μm。
采用本发明所述的基于近场光子的激光精准去除透明漆层方法进行除漆，具体包括如下步骤：
(1)分别使用无水乙醇、去离子水对试样进行清洗，除去试样表面灰尘；
(2)如图2所示，取大小为100mm×100mm×0.1mm的二氧化硅薄膜4，使用波长为515nm、脉冲宽度为10ps的绿色皮秒脉冲激光在薄膜上烧蚀出间隔为70μm的带锥度圆柱型通孔阵列，圆柱上端直径为70μm，下端直径为50μm，孔的数量为每平方厘米不小于20000个，将直径为60μm的SiO2小球铺设在带有孔的透明薄膜上，通过自组装作用，小球和孔一一对应排列形成小球阵列膜；
(3)将步骤(2)中得到的小球阵列膜放置在拟除漆物体的表面；
(4)使用激光功率为100W且脉冲宽度为100ns的TEA CO2激光器产生的激光照射小球阵列膜，激光束通过小球面透镜进行聚焦，于是小球下方大约30μm范围内的光强大大增加，导致透明漆层的激光烧蚀所需能量密度阈值降低，从而达到除去试样表面透明飞机蒙皮清漆的目的。
(5)移动小球阵列膜至新的拟除漆区域，重复步骤(4)，直至除漆完成。
实施例2除了步骤(2)中，使用旋涂法将小球5自组装在液态的聚酰胺酸溶液中，然后高温烘干使聚酰亚胺6凝固，形成小球阵列膜外(如图3所示)，其余步骤和实施例1相同。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (3)
1.一种激光精准去除透明漆层方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对拟除漆物体表面进行清洗，除去物体表面灰尘；
(2)选取透明的柔性薄膜，要求其厚度为0.1mm～0.2mm、耐热温度为200℃以上；
(3)在步骤(2)所述的柔性薄膜表面制备出间隔为70μm～1300μm的带锥度圆柱型通孔阵列，形成带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜；所述带锥度圆柱型通孔阵列中每个圆柱型通孔的圆柱上端直径为70μm～130μm，圆柱下端直径为50μm～110μm，通孔的数量为每平方厘米不小于7000个；
之后将直径为60μm～120μm的SiO2或TiO2或Cu小球铺设在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，所述小球的直径要求小于圆柱型通孔的上端直径，大于圆柱型通孔的下端直径；所述铺设方法是将带有小球的悬浊液体倒在带有圆柱型通孔阵列的透明薄膜上，通过施加超声波振动驱使小球滚落至圆柱型通孔中实现自组装，与圆柱型通孔一一对应的排列在透明薄膜上，形成小球阵列膜；
(4)将步骤(3)中得到的小球阵列膜放置在拟除漆物体的表面，使得小球阵列膜恰好位于漆层上方；
(5)使用红外波长激光照射小球阵列膜以去除透明漆层；
(6)移动小球阵列膜至新的拟除漆区域上方；重复步骤( 5)，直至所有需要除漆的区域除漆完毕。
2.根据权利要求1所述的激光精准去除透明漆层方法，其特征在于，步骤(2)中的柔性薄膜材料为二氧化硅、液晶聚合物、聚苯硫醚或聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的激光精准去除透明漆层方法，其特征在于，步骤(5)中，红外波长激光的脉冲宽度为10ns～200ns，功率为10W～300W。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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