纳秒脉冲激光清洗AH32钢锈蚀的表面质量及耐蚀性研究

发布时间：2020-04-01 00:19

【摘要】：激光清洗(Laser Cleaning)是一种新型的除污/除锈技术,其利用激光辐照材料表面,使材料表面发生熔化或气化等反应而去除材料,具有可控、高效、绿色环保等优势,近年来受到国内外学者的极大关注。本文以AH32船用钢表面锈蚀为研究对象,使用纳秒激光器开展激光清洗试验,进行表面微观形貌/粗糙度/硬度测试,并通过电化学腐蚀试验探索激光清洗对AH32钢表面耐腐蚀性能的影响。主要工作内容如下:(1)基于金属腐蚀学原理,从理论上分析AH32船用钢锈蚀的成分和结构,揭示锈蚀的形成机理;运用固体界面物理化学原理及颗粒黏附力模型,分析锈蚀与基体之间的范德华力、毛细力、静电力及铁离子和其它元素形成的离子键,据此推导锈蚀与基体的结合力模型;基于纳秒脉冲激光与材料的作用机理,分析纳秒脉冲激光清洗过程中的热/力效应,描述纳秒脉冲激光诱导热/力作用下AH32船用钢表面锈蚀的去除过程。(2)采用分步激光除锈方法,开展纳秒脉冲激光清洗锈蚀的工艺试验。使用激光共聚焦显微镜、显微硬度测试仪、扫描电子显微镜以及X射线能谱分析仪等手段,检测激光清洗后的表面形貌/粗糙度、显微硬度、微观形貌、材料成分,探索激光清洗锈蚀质量评价体系,研究激光功率、扫描速度等工艺参数对表面粗糙度、微观形貌、显微硬度等的影响规律,揭示纳秒脉冲激光的除锈机理。(3)研究不同激光参数(激光功率、扫描速度)清洗试样在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,分析极化曲线、电化学阻抗谱、Bode图及腐蚀表面形貌,获得工艺参数对清洗表面耐腐蚀性能的影响规律。研究结果表明,激光清洗可降低AH32船用钢的表面粗糙度、提高其表面硬度及耐蚀性。与原始试样相比,激光功率20 W(60 W激光清洗后)、扫描速度3000mm/s时的清洗试样表面粗糙度下降38.1%,表面硬度提高5.7%左右,自腐蚀电位正移13.6%,钝化电位范围增大17.2%,钝化电流密度降低50.3%,击穿电位提高56.6%,表现出良好的耐蚀性。
【图文】：

饰板,手术刀,YAG激光,青铜

随着激光清洗方面专利的相继出现，激光清段[20]。Lee 等人[21]首次基于声学、色度学和智能化方法成功光清洗技术在实际应用领域的成功应用提供了极大的帮系统。同年，Pini 等人[22]在不同的激光系统和辐照条件洗对考古艺术品及金属的清洗效果，如图 1.1 所示，结强和精确性高等突出优点，非常适用于文物保护清洗的基础上进一步比较了铁质考古文物在三种激光波器、1064 nm Nd：YAG 激光器、532 nm Nd：YAG 激发现在去除金属表面有机物的过程中，TEACO2激光了更好的清洗效果，并由此得出了一个结论，，即熟悉了性质是选择激光器类型的重要前提，而且即使是相同的态（颜色、孔隙率和表面结构等）也会对激光清洗质量对考古艺术品的激光清洗逐步成为广大学者的研究热

粘附力,毛细管力,范德华力,静电力

Hsu 等人[25]在激光清洗过程中，分析了颗粒在基体表面上的粘附力及表面波产生的间隙力，如图1.2 所示，并在此基础上建立了激光诱导表面波去除微粒的物理模型，用来预测激光去除面积和加工条件。2007 年，Grojo 等人[26]研究了激光清洗过程中由短脉冲激光引起的表面波微粒去除的机理，提出了一种利用原位诊断技术研究 “激光-粒子-表面”之间相互作用的各种消融机制的方法，发现激光辐照颗粒会产生颗粒表面近场增强以及热粒子的热接触现象，从而导致表面损伤。2008 年，Jang 等人[27]首次利用光致发光成像技术，对微米级颗粒在激光诱导等离子体/冲击波作用下的运动进行了可视化研究，并利用荧光聚苯乙烯（PS）颗粒作为示踪剂
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U672.1

【参考文献】