江苏激光联盟导读：

本文介绍了激光清洗的市场前景以及采用激光清洗技术对波音系列飞机表面蒙皮进行去漆后的性能评价，并同采用传统的机械研磨和化学腐蚀的飞机蒙皮表面的性能进行了对比。

激光清洗技术对飞机表面蒙皮进行去漆的示意图和实物图

激光清洗是一种绿色环保的技术，具有如下优点：

对任何基材都可以做到安全的操作；

处理干净彻底；

控制精确，而且操作简单；

处理速度快；

省人力、省时间而且方便快捷；

可达性好，只要光能照射到的地方都可以操作；

避免的人力的伤害；

可移动且可以便携；

适应性广；

是绿色环保的工艺。

那么，激光清洗市场有多大？

全球激光清洗市场在2015年~2023年期间，预计将以5%的年复合增长率成长。与使用化学溶剂的清洁相比较，除了绿色环保之外，其安全性方面的独特性能叶使得激光清洗的应用更受青睐。在加上电子设备的小型化等要素和激光设备成本的不断降低和性能的不断提升，将进一步促进激光清洗市场的快速发展。

激光清洗技术的市场前景预测以及在航空中所占据的市场

本文研究了采用激光对波音系列飞机的蒙皮进行激光脱漆实验，从而为寻找有效的去漆手段和减少现有的飞机蒙皮的去漆费用提供参考。飞机蒙皮的激光去漆（激光清洗）实验是在激光能量密度为2–6 J/cmexp（2）的条件下进行的。经过SEM和EDS分析实验，得到的最佳的激光去漆工艺参数为5 J/cmexp（2）。飞机的飞行安全至关重要，不容有任何闪失，因此，如果激光去漆技术要广泛的应用于飞机的维修的话，必须实现对飞机的无损的清洗。不同激光能量密度条件下，采用激光清洗工艺对飞机蒙皮的铆钉孔进行清洗后的微动摩擦和磨损性能进行了研究，对蒙皮中的其他部件的摩擦和磨损性能叶进行了评价，并同机械研磨和激光清洗后的样品进行了对比。结果显示，激光清洗并不会降低飞机蒙皮表面的任何部件的摩擦和磨损性能 。对激光清洗后飞机蒙皮表面的残余应力、显微硬度和腐蚀性能叶进行了评价。同机械研磨和激光清洗相比较，结果表明激光清洗并不会降低飞机蒙皮表面的显微硬度和耐蚀性能。然而，激光清洗后，飞机蒙皮表面会产生塑性变形，这是目前采用激光清洗技术对飞机蒙皮表面进行处理需要给予特别注意的一个问题。

飞机蒙皮结构的示意图和显微组织分析图及其元素分布

在当今，民用航空逐渐在运输中占据着越来越重要的作用，并且所占据的而比重越来越大，因为飞机可以在运输旅客的时候给乘客带来舒适和便捷的成行体验。飞机的保养和维护维修对于飞机的飞行安全时非常重要的。商业飞机满足在以下任何一个条件的前提下，都必须进行大修，每6年进行一次大的检修，或者在飞机的累积飞行时间达到24000h，或者经历了2000次起降的条件下。在飞机的维修过程中。飞机表面的油漆必须进行移除，同时飞机蒙皮表面还必须进行腐蚀缺陷和疲劳裂纹的检查，以避免发生飞行事故。因此，在对飞机蒙皮表面的油漆尽心去除的过程中，需要特别注意的是，去漆工艺必须保证不对基材造成损伤。传统的去漆工艺包括机械清理、超声波清洗法以及化学清洗法等。尽管以上清洗技术都是比较成熟的清洗技术，但仍然存在很多不足。举例来说，机械研磨的清洗方法非常容易对基体材料造成损伤、化学清洗的方法会对环境造成污染、而超声清洗的办法则受到工件尺寸的限制，对于大尺寸部件不易清洗。

激光清洗的示意图

摩擦磨损实验和微动磨损的示意图

微小磨损的测试区域

不同激光能量密度下进行激光去漆后的表面显微组织图

图解：(a)没有进行激光清洗的表面；激光能量密度为：(b) 2 J/cm2；(c) 3 J/cm2；(d) 4 J/cm2；(e) 5 J/cm2；(f) 6 J/cm2.

激光去漆的去漆机理示意图和去漆后颗粒物质的形貌及其成分

而激光清洗，是一种绿色、高效、适用性广泛、不接触的工艺，在最近几年已经开始用于飞机蒙皮表面的去漆。激光去漆是激光清洗技术当中最有应用前进的技术之一。激光去漆技术是基于光和物质之间的相互作用来实现。当激光能量破坏漆层与基材之间的结合力时，污染物、漆等就会以蒸汽、崩裂和振动的形式离开基材表面。

在不同激光能量密度下进行激光去漆的元素变化

激光清洗技术的研究开始于1960年代。自1980s开始，激光清洗技术开始应用于艺术品和雕塑的恢复和翻修。在随后的岁月里，激光清洗技术逐渐完善并逐渐的应用于不同的材料。在1983年，Mallets等人展示了激光去漆的可行性和模块的优化。在1996年，Tsunemi使用TEA CO2激光来去除金属表面的漆层，其清除效果比较好。在2010年，Chen等人使用CO2激光来去除轮船和海洋工程钢上的漆层，并成为当时最佳的去漆手段。在2013年，Madhukar则研究了Yb光纤激光的连续波的行为和重复脉冲激光的去漆效果。在2015年，Deliang等人则采用纳秒Nd：YAG脉冲激光设备进行去漆时的颗粒的形貌和元素组成。在2018年，Li研究了激光脉冲能量和油漆的去除，并获得了理想的完全去除漆层的参数。在近年来，随着激光技术的快速发展，激光清洗技术已经成为更加自动化、清楚效果更佳和价格越来越便宜的清洗技术。激光清洗技术已经广泛的应用于漆和锈的去除、轮胎摸具的清理、文物保护、核净化等。

本文研究报道了采用Nd：YAG激光对波音系列飞机蒙皮表面的漆层BMS10-11进行去除的研究。通过变化不同的激光参数获得了漆层的最佳去除参数，并通过SEM和EDS技术进行分析，揭示出漆层的去除机理。激光去除漆层最关键的一点就是不能损伤基材，这对飞机蒙皮来说是至关重要的。因此，对采用激光清洗进行去漆后的飞机蒙皮表面的摩擦和磨损 同采用传统工艺去漆后的飞机蒙皮进行了对比研究。典型的微动摩擦磨损主要发生在飞机蒙皮的铆钉孔的周围，所以我们同时进行了微动摩擦磨损性能测试以证明该激光清洗技术是无损的清洗技术。此外，我们还对激光清洗后的飞机蒙皮和采用传统清洗工艺清洗后的蒙皮进行了电化学腐蚀实验、残余应力实验和显微硬度测试，以期为激光清洗飞机蒙皮这种大尺寸部件的清洗提供参考。

激光清洗技术对飞机蒙皮表面进行去漆时的示意图

激光清洗去漆的去除机理示意图

研究成果小结：

•使用Nd: YAG激光对波音系类飞机的飞机蒙皮上的BMS10-11 涂层漆进行了激光清洗；最佳的激光清洗去漆的能量密度为5 J/cm2。如果进行过渡清洗 的话，将穿透飞机蒙皮表面涂敷的Al层，从而有可能会损伤基材。

•研究了飞机蒙皮在激光清洗后的摩擦性能；激光清洗后飞机蒙皮表面的摩擦和磨损性能以及铆钉孔的摩擦和磨损性能不会降低减弱，但激光清洗后表面会产生塑性变形，这会增加表面的残余拉应力。

•研究了激光清洗后飞机蒙皮表面的耐蚀性能和机械性能，同传统的清洗手段相比较，在激光能量密度为2 J/cm2, 5 J/cm2, 6 J/cm2的时候，激光清洗不会降低飞机蒙皮表面的耐蚀性，耐蚀性最佳的激光能量密度为5 J/cm2。

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文章来源：Corrosion and wear performance of aircraft skin after laser cleaning，https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106475，Optics & Laser Technology,Volume 132, December 2020, 106475

参考文献：1.Laser cleaning performance and mechanism in stripping of Polyacrylate resin paint，Haichao Zhao, Yulin Qiao, Xian Du, Sijie Wang, Qing Zhang, Yan Zang & Xiaoting Liu ，Applied Physics A volume， 126, Article number: 360 (2020)，2.alliedscientificpro以及 lasertronics等

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