为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理, 研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗, 使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度, 基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌, 借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后, 结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明: 在3 000 mm/s的扫描速度下分别采用30.6 J/cm2和10.2 J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗, 可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下, 基体表面呈现微熔状态, 光斑内部光滑均匀, 边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率, 其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。

采用COMSOL Multiphysics建立了纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,分析了不同参数对激光清洗温度场和清洗深度的影响,并进行了实验验证。结果表明:扫描速度以搭接率的形式影响清洗效率,扫描速度越慢,清洗速率越小,当搭接率为50%时具有合适的清洗效率;随着激光能量密度增加,漆层表面和基体表面的最高温度线性升高,当激光能量密度达到25 J/cm 2时,激光辐照区域的漆层材料完全被去除,铝合金基体的烧蚀深度为50 μm;在激光能量密度为25 J/cm 2,搭接率为50%的实验参数下,基体表面沟槽峰谷高度为50.234 μm,在此参数组合下可以获得良好的符合涂装工艺要求的表面。该结果可为研究纳秒脉冲激光清洗及其工艺参数的选择提供参考。

为研究激光清洗对钢铁耐蚀性的影响,采用电化学方法研究激光清洗的AH32钢在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并对试样的极化曲线、电化学阻抗谱和表面形貌进行测试与分析。结果表明:激光清洗改善了AH32钢的耐蚀性;在材料的损伤阈值内,随着激光能量密度和光斑搭接率增大,AH32钢的自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,阻抗弧变大,耐蚀性增加;当激光能量密度为20 J/cm 2、光斑搭接率为50%时,AH32钢的耐蚀性最佳。该结果可为研究纳秒脉冲激光清洗后材料的表面性能提供参考依据。