Жоғары деңгейлі өндіріс пен энергияны үнемдеу және шығарындыларды азайту жетілдірілген процестерге барған сайын шұғыл қажеттілікке ие. Өнеркәсіптік бетті өңдеу тұрғысынан технология мен процестерді кешенді жаңартудың өзекті қажеттілігі туындайды. Механикалық үйкеліспен тазалау, химиялық коррозиядан тазарту, күшті соққымен тазалау, жоғары жиілікті ультрадыбыстық тазалау сияқты дәстүрлі өнеркәсіптік тазалау процестері ұзақ тазалау циклдарына ие ғана емес, автоматтандыру қиын, қоршаған ортаға зиянды әсер етеді және қажетті тазалау әсеріне қол жеткізе алмайды. Ол жақсы өңдеу қажеттіліктерін қанағаттандыра алмайды.
Дегенмен, қоршаған ортаны қорғау, жоғары тиімділік пен жоғары дәлдік арасындағы қайшылықтардың күшеюімен дәстүрлі өнеркәсіптік тазалау әдістеріне үлкен қиындықтар туындайды. Сонымен қатар, қоршаған ортаны қорғауға қолайлы және ультра өңдеу саласындағы бөлшектерге жарамды әртүрлі тазалау технологиялары пайда болды, лазерлік тазалау технологиясы олардың бірі болып табылады.
Лазерлік тазалау тұжырымдамасы
Лазерлік тазалау - бұл материалдың бетін тазарту үшін бетіндегі ластаушы заттарды тез булану немесе тазарту үшін материалдың бетіне әрекет ету үшін бағытталған лазерді пайдаланатын технология. Әртүрлі дәстүрлі физикалық немесе химиялық тазалау әдістерімен салыстырғанда, лазерлік тазалау байланыссыз, шығын материалдарынсыз, ластанусыз, жоғары дәлдікпен, зақымданусыз немесе аз зақымданудың сипаттамаларына ие және өнеркәсіптік тазалау технологиясының жаңа буыны үшін тамаша таңдау болып табылады.
Лазерлік тазалау машинасының жұмыс принципі
Принципі лазерлік тазалау құрылғысы күрделірек және физикалық және химиялық процестерді қамтуы мүмкін. Көптеген жағдайларда физикалық процестер кейбір химиялық реакциялармен бірге жүретін негізгі процесс болып табылады. Негізгі процестерді 3 категорияға бөлуге болады, соның ішінде газдандыру процесі, соққы процесі және тербеліс процесі.
Газдандыру процесі
Жоғары энергиялы лазер материалдың бетіне сәулеленгенде, бет лазер энергиясын жұтып, оны ішкі энергияға айналдырады, осылайша бет температурасы тез көтеріледі және материалдың булану температурасынан жоғары болады, осылайша ластаушы заттар материалдың бетінен бу түрінде бөлінеді. Селективті булану, әдетте, лазер сәулесінің беттік ластаушылармен жұту жылдамдығы субстратқа қарағанда айтарлықтай жоғары болғанда орын алады. Әдеттегі қолдану жағдайы тас беттеріндегі кірді тазалау болып табылады. Төмендегі суретте көрсетілгендей, тас бетіндегі ластаушы заттар лазердің күшті сіңірілуіне ие және тез буланады. Ластаушы заттарды алып тастап, тас бетіне лазер сәулесін түсіргенде, сіңіру әлсіз, лазерлік энергия тас бетімен көбірек шашырайды, тас бетінің температуралық өзгерісі шамалы, тас беті зақымданудан қорғалған.
Кәдімгі химиялық негіздегі процесс ультракүлгін диапазондағы лазер органикалық ластаушы заттарды тазалау үшін пайдаланылған кезде пайда болады, бұл лазерлік абляция деп аталады. Ультракүлгін лазерлердің толқын ұзындығы қысқа және фотондық энергиясы жоғары. Мысалы, KrF эксимер лазерлерінің толқын ұзындығы 248 нм және фотон энергиясы 5 эВ-қа дейін жетеді, бұл лазермен салыстырғанда 40 есе жоғары. CO2 лазерлік фотонның энергиясы (0.12 эВ). Мұндай жоғары фотон энергиясы органикалық заттардың молекулалық байланыстарын бұзуға жеткілікті, сондықтан органикалық ластағыштардағы CC, CH, CO және т.б. лазердің фотондық энергиясын сіңіргеннен кейін үзіледі, нәтижесінде пиролиздің газдануы және бетінен жойылады.
Соққы процесі
Соққы процесі - бұл лазер мен материалдың өзара әрекеттесу кезінде пайда болатын реакциялар тізбегі, содан кейін материалдың бетінде соққы толқыны пайда болады. Соққы толқынының әсерінен беткі ластаушы заттар ыдырайды және бетінен тазартылған шаңға немесе қоқыстарға айналады. Соққы толқындарын тудыратын көптеген механизмдер бар, соның ішінде плазма, бу және жылдам термиялық кеңею мен қысқару. Мысал ретінде плазмалық соққы толқындарын пайдалана отырып, лазерлік тазалаудағы соққы процесі бетті ластаушы заттарды қалай кетіретінін қысқаша түсінуге болады. Ультра қысқа импульстік ені (ns) және ультра жоғары қуатты (107–1010 Вт/см2) лазерлерді қолданғанда, бет лазерді аздап жұтып, булану температурасына бірден жетсе де, бет температурасы күрт көтеріледі. Төмендегі суретте (а) тармағында көрсетілгендей, жоғарыда бу материалдың бетінде пайда болды. Будың температурасы 104 - 105 К жетуі мүмкін, ол будың өзін немесе қоршаған ауаны иондандырып, плазманы түзе алады. Плазма лазердің материалдың бетіне жетуіне тосқауыл қояды және материал бетінің булануы тоқтауы мүмкін, бірақ плазма лазер энергиясын сіңіруді жалғастырады және температура жоғарылауды жалғастырады, материалдың бетінде лезде 1-100 кбар шығаратын ультра жоғары температура мен жоғары қысымның локализацияланған күйін қалыптастырады. Төмендегі (b) және (c) суреттерінде көрсетілгендей, соққы біртіндеп материалдың ішкі жағына ауысады. Соққы толқынының әсерінен беткі ластаушы заттар ұсақ шаңға, бөлшектерге немесе фрагменттерге бөлінеді. Лазерді сәулелену орнынан жылжытқанда, плазма жоғалады және жергілікті жерде теріс қысым пайда болады және ластаушы заттардың бөлшектері немесе қалдықтары төменде (d) суретте көрсетілгендей, бетінен жойылады.
Тербеліс процесі
Қысқа импульстардың әсерінен материалды қыздыру және салқындату процестері өте жылдам жүреді. Әртүрлі материалдардың жылулық кеңею коэффициенттері әртүрлі болғандықтан, қысқа импульстік лазердің сәулеленуі кезінде беткі ластаушы заттар мен астар әртүрлі дәрежедегі жоғары жиілікті термиялық кеңеюге және жиырылуына ұшырайды, нәтижесінде тербеліс пайда болады, бұл ластаушы заттардың материалдың бетінен қабыршақтанып кетуіне әкеледі. Бұл қабыршақтану процесі кезінде материалдың булануы және плазма түзілмеуі мүмкін. Оның орнына тербеліс әсерінен ластаушы зат пен субстраттың шекарасында пайда болатын ығысу күші ластаушы зат пен субстрат арасындағы байланысты бұзады. . Зерттеулер көрсеткендей, лазердің түсу бұрышы сәл ұлғайған кезде, лазер мен бөлшектердің ластануы және субстрат интерфейсі арасындағы контакт ұлғайтылуы мүмкін, лазермен тазалау шегі азаяды, тербеліс әсері айқынырақ болады және тазалау тиімділігі жоғары болады. Дегенмен, түсу бұрышы тым үлкен болмауы керек. Тым үлкен түсу бұрышы материалдың бетіне әсер ететін энергия тығыздығын азайтады және лазердің тазалау қабілетін әлсіретеді.
Лазерлік тазартқыштардың өнеркәсіптік қолданбалары
Қалып өнеркәсібі
Лазерлік тазартқыш қалыптың беті үшін өте қауіпсіз, оның дәлдігін қамтамасыз ете алатын, қалыпты ластанусыз, тиімді және жоғары сапалы тазалауға қол жеткізу үшін дәстүрлі тазалау әдістерімен жоюға болмайтын субмикронды кір бөлшектерін тазарта алатын пішінді контактісіз тазалауды жүзеге асыра алады.
Дәл аспаптар өнеркәсібі
Дәл машина жасау өнеркәсібі көбінесе бөлшектерден майлау және коррозияға төзімділік үшін қолданылатын күрделі эфирлер мен минералды майларды, әдетте химиялық жолмен алып тастауы керек, ал химиялық тазалау көбінесе қалдықтарды қалдырады. Лазерлік деэстерификация бөлшектердің бетіне зақым келтірместен күрделі эфирлер мен минералды майларды толығымен жоя алады. Лазер соққы толқынын қалыптастыру үшін бөліктің бетіндегі жұқа оксид қабатының жарылғыш газдануына ықпал етеді, бұл механикалық әрекеттесуден гөрі ластаушы заттардың жойылуына әкеледі.
Теміржол өнеркәсібі
Қазіргі уақытта рельстерді дәнекерлеуге дейінгі барлық тазалау тегістеу дөңгелегі мен абразивті таспаны тегістеу түрін тазалауды қолданады, бұл субстратқа елеулі зақым келтіреді және елеулі қалдық кернеуді тудырады және жыл сайын тегістеу дөңгелегі шығын материалдарын көп тұтынады, бұл қымбатқа түседі және қоршаған ортаның шаңды ластауын тудырады. Лазерлік тазалау менің елімнің жоғары жылдамдықты темір жол төсеу өндірісі үшін жоғары сапалы және тиімді жасыл тазалау технологиясын қамтамасыз ете алады, жоғарыда аталған мәселелерді шеше алады, жіксіз рельс саңылаулары мен сұр дақтар сияқты дәнекерлеу ақауларын жояды және менің елімнің жоғары жылдамдықты теміржол жұмысының тұрақтылығы мен қауіпсіздігін жақсартады.
Авиациялық өнеркәсіп
Ұшақтың бетін белгілі бір уақыттан кейін бояу керек, бірақ бояудан бұрын түпнұсқа ескі бояуды толығымен алып тастау керек. Химиялық жібіту/ сүрту - авиация саласындағы бояуды тазартудың негізгі әдісі. Бұл әдіс химиялық көмекші қалдықтардың көп мөлшерін тудырады және жергілікті жөндеуге және бояуды тазартуға қол жеткізу мүмкін емес. Бұл процесс ауыр жұмыс және денсаулыққа зиян. Лазерлік тазалау ұшақтың тері беттеріндегі бояуды жоғары сапалы кетіруге мүмкіндік береді және өндіріс үшін оңай автоматтандырылады. Қазіргі уақытта лазерлік тазалау технологиясы кейбір жоғары деңгейлі үлгілерге қызмет көрсету үшін қолданылған.
Кеме өнеркәсібі
Қазіргі уақытта кемелерді өндіріс алдындағы тазалау негізінен құммен жару әдісін қолданады. Құмды жару әдісі қоршаған ортаны қатты шаңмен ластады және бірте-бірте тыйым салынды, нәтижесінде кеме өндірушілерінің өндірісі қысқартылды немесе тіпті тоқтатылды. Лазерлік тазалау технологиясы кеме беттеріне коррозияға қарсы бүрку үшін жасыл және ластанусыз тазалау ерітіндісін қамтамасыз етеді.
Қару-жарақ
Лазерлік тазалау технологиясы қаруға техникалық қызмет көрсетуде кеңінен қолданылады. Лазерлік тазалау жүйесі мүмкін татты кетіру және ластаушы заттарды тиімді және жылдам және тазалауды автоматтандыруды жүзеге асыру үшін тазалау бөлігін таңдай алады. Лазерлік тазалауды қолдана отырып, тазалық химиялық тазалау процесіне қарағанда жоғарырақ ғана емес, сонымен қатар объектінің бетіне дерлік зақым келтірмейді. Әртүрлі параметрлерді орнату арқылы лазерлік тазалау машинасы бетінің беріктігін және коррозияға төзімділігін жақсарту үшін металл заттардың бетінде тығыз оксидті қорғаныс қабықшасын немесе металл балқыту қабатын құра алады. Лазермен жойылған қалдықтар негізінен қоршаған ортаны ластамайды, сонымен қатар оны алыс қашықтықта жұмыс істеуге болады, бұл оператордың денсаулығына келетін зиянды тиімді азайтады.
Ғимараттың сырты
Барған сайын көп тіреген ғимараттар салынуда және сыртқы қабырғаларды тазалау мәселесі барған сайын өзекті бола бастады. Лазерлік тазалау жүйесі оптикалық талшықтар арқылы ғимараттардың сыртқы қабырғаларын жақсы тазартады. Максималды ұзындығы 70 метр болатын ерітінді әртүрлі тастардағы, металдардағы және шыныдағы әртүрлі ластаушы заттарды тиімді тазарта алады және оның тиімділігі әдеттегі тазалауға қарағанда әлдеқайда жоғары. Сондай-ақ ғимараттардағы әртүрлі тастардан қара дақтар мен дақтарды кетіре алады. Ғимараттар мен тас ескерткіштердегі лазерлік тазалау жүйесінің тазалау сынағы лазерлік тазалаудың көне ғимараттардың сыртқы келбетін қорғауға жақсы әсер ететінін көрсетеді.
Электроника өнеркәсібі
Электроника өнеркәсібі оксидтерді кетіру үшін лазерлерді пайдаланады: Электроника өнеркәсібі жоғары дәлдіктегі залалсыздандыруды қажет етеді және лазерлік тотықсыздандыру әсіресе қолайлы. Оңтайлы электрлік жанасуды қамтамасыз ету үшін тақтаны дәнекерлеу алдында құрамдас түйреуіштер мұқият тотықсыздандырылуы керек және зарарсыздандыру процесі кезінде түйреуіштер зақымданбауы керек. Лазерлік тазалау қолдану талаптарына жауап бере алады және тиімділігі өте жоғары және әрбір ине үшін бір ғана лазерлік сәулелену қажет.
Атом электр станциясы
Лазерлік тазалау жүйелері атом электр станцияларында реактор құбырларын тазалауда да қолданылады. Ол радиоактивті шаңды тікелей жою үшін реакторға жоғары қуатты лазер сәулесін енгізу үшін оптикалық талшықты пайдаланады және тазартылған материал оңай тазаланады. Ал қашықтықтан басқарылатындықтан, қызметкерлердің қауіпсіздігіне кепілдік беруге болады.
қысқаша мазмұндама
Бүгінгі озық өңдеу өнеркәсібі халықаралық бәсекелестіктің әмірші биігіне айналды. Лазерлік өндірістегі озық жүйе ретінде лазерлік тазалау машинасы өнеркәсіптік дамуда қолданбалы құндылық үшін үлкен әлеуетке ие. Қарқынды дамып келе жатқан лазерлік тазалау технологиясының экономикалық және әлеуметтік даму үшін өте маңызды стратегиялық маңызы бар.
