1 中国民用航空飞行学院民机复合材料维修研究中心，四川 广汉618307
2 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325035
随着飞机蒙皮“部分褪漆”维修理念的提出，多漆层结构激光除漆的可控性值得关注。基于响应面分析方法，建立了激光参数（光斑搭接率、激光功率及扫描次数）与可控性指标（漆层去除厚度、表面粗糙度）间的数学模型，分析了激光多参数耦合作用对可控性指标的影响规律。结果表明：激光参数对漆层去除厚度的影响顺序依次为扫描次数、激光功率、光斑搭接率，且均为正相关；表面粗糙度随光斑搭接率的增大而减小，随激光功率的增大而增大，扫描次数对表面粗糙度的影响具有峰值效应。验证试验结果表明：响应面模型可为厚度精度为±5 μm的激光可控除漆提供参考。基于响应面分析方法建立的多漆层结构激光可控清除数学模型，可为飞机蒙皮漆层的激光可控清除提供方法指导与理论支撑。
激光技术 激光除漆 多漆层结构 耦合作用 可控性 响应面分析 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514004
采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验，研究了不同y向搭接率（ηy）对除漆效果的影响。结果表明，当ηy为0和20%时，面漆全部去除，底漆部分去除；当ηy=40%时，仅少量底漆残留，大部分氧化膜被破坏，基材显露；当ηy=60%时，复合漆层全部去除，基材烧损。研究发现，随着ηy值逐渐增大，清洗表面烧蚀现象明显增加，漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面；清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征，表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击（屏蔽）-烧蚀交替进行，烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响，导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排，同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制；激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。
激光技术 激光清洗 铝合金 复合漆层 y向搭接率 除漆机制 中国激光
2023, 50(16): 1602204
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验，研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律，分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成，并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明，清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好；当激光能量密度为4.00 J/cm2、清洗速度为3 mm/s时，清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti6O，没有CaCO3，说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近，粗糙度为Sa=2.082 μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV，相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明，通过合理选择工艺参数，可以有效去除钛合金表面漆层，并获得较好的表面形貌，同时能提升其表面平均硬度。
激光技术 激光清洗 TC4钛合金 漆层 能量密度 清洗速度
1 北京科技大学科技史与文化遗产研究院, 北京 100083
2 北京国文琰文物保护发展有限公司, 北京 100029
3 天水市麦积区文体广电和旅游局, 甘肃 天水 741300
4 云南大学, 云南 昆明 650091
壁画是我国极为重要的文化遗产类型, 具有极高的历史价值、 艺术价值、 科学价值、 文化价值和社会价值。 颜料层作为壁画的核心价值所在, 包含古代历史文化、 宗教信仰、 政治经济、 科学技术等多方面的信息内涵。 常规的颜料层分析方法有原位无损和微损取样两种, 取样分析方法虽能满足这类珍贵、 脆弱文物的研究, 但获取样品数量有限且会对本体造成不可逆转的损伤。 综合运用数字成像以及光谱等分析技术对天水仙人崖石窟壁画颜料层进行工艺与制作材料研究。 结果显示, 正射影像图能够真实记录壁画当前纹理信息, 色度仪可以量化表征壁画颜料的颜色, 红紫外摄影可以提取可见光下不易探查的壁画绘制线稿、 修复痕迹等隐含信息, 高倍数码显微镜可观察壁画表面的微观形态及破损处的层次信息, 便携式X射线荧光光谱仪可检测出颜料中的元素由此判断主要显色元素, 高光谱采集所得数据与标准图谱比较后能够准确判定颜料的矿物种类。 因此, 多种原位无损分析方法的联合运用, 可以减少对文物的直接干预, 亦可达到对壁画颜料层认知的目的。 这些非接触式的无损检测方法, 可精细化研究壁画颜料层的色彩、 物理、 化学属性等内容, 是壁画现场分析的重要手段, 可在石窟寺、 寺观殿堂、 墓葬壁画的研究上进行推广, 发挥其应有之用。
原位-无损分析 壁画 颜料层 高光谱 仙人崖 In-situ nondestructive analysis Murals Paint layer Hyperspectral imaging Xianrenya Grottoes 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3526
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验，针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm2和8 mm/s时，能完全去除面漆且底漆保留完好，并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层；在此激光能量密度下，当激光扫描速度为5.5 mm/s时，能完全去除复合漆层，且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好，氧元素质量分数约为40%，清洗表面的粗糙度Ra=1.138 μm。当参数组合为3.56 J/cm2和6 mm/s时，也能完全去除面漆且底漆保留较好；当激光能量密度为4 J/cm2和激光扫描速度为5 mm/s时，能完全去除复合漆层，此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量，验证了激光分层清洗的可行性。
激光技术 激光清洗 铝合金 复合漆层 表面形貌 工艺参数
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
激光清洗在再制造行业、微机电系统(MEMS)和超精密加工行业具有重要的应用前景, 飞机蒙皮激光脱漆技术是激光清洗技术中的一个重要分支。利用10.6 μm的高重复频率CO2激光器对飞机蒙皮(LY12铝合金板材)上的90 μm厚的双层复合油漆层进行去除。研究结果表明, 通过选择合适的扫描间距、激光功率密度及扫描次数, 成功地将飞机蒙皮表面的两层油漆层完全去除, 通过对比试验测试飞机蒙皮在激光除漆前后的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度以及粗糙度等力学性能, 发现激光除漆未损伤基底且未改变其力学性能。该种除漆方式较传统除漆方式具有环保无接触、效率高、参数可控以及维护成本低等优点, 为在其他领域应用开拓新的方向。
激光除漆 飞机蒙皮 油漆层 CO2激光 laser paint removing aircraft surface paint layer CO2 laser 红外与激光工程
2018, 47(12): 1206003
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 深圳中科微光医疗器械技术有限公司，广东 深圳 518052
光学相干层析成像（OCT）是基于迈克尔孙干涉仪，可对物体内部微观结构进行无损、非接触检测的断层成像技术。考古文物的珍贵和不可再得性要求采用无损检测技术，光学相干层析成像的无损分析特点使它适用于对壁画等文物进行大范围检测。除了可对壁画表面颜料层成像，OCT 系统也可同时对其下地仗层进行断层成像，从而弥补现有技术不能对表面下内部结构进行高分辨率成像的缺点。对光学相干层析成像技术进行介绍，并针对唐墓壁画《高髻持如意仕女图》进行了成像实验，验证频域OCT 对壁画颜料层和地仗层的断层成像效果。实验表明，OCT 图像能够同时提供壁画表面颜料层及其下地仗层的信息，以及壁画存在的病害信息。OCT 可在壁画研究及修复中提供有效信息，并成为壁画等考古工作者的有力工具。
成像系统 相干光学 无损检测 层析成像 壁画 颜料层 地仗层
1 江苏大学 机械工程学院，镇江 212013
2 江苏技术师范学院 机械与汽车工程学院，常州 213001
为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响，采用波长为10．6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层，研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系。结果表明，脱漆时，激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值；增加激光功率，可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果；扫描道间搭接量大于40%时，可实现漆板的大面积清洗。
激光技术 激光清洗 金属表面 油漆层 轴快流CO2激光 laser technique laser cleaning metal surface paint layer fast axis flow CO2 laser
