Լազերային մաքրում. մեխանիզմ, բնութագրեր և կիրառություններ

Դիմումի նախապատմություն

Արդյունաբերական և այլ ոլորտներում վաղուց գերիշխող են եղել ավանդական մաքրման մեթոդները, ինչպիսիք են քիմիական մաքրումը և մեխանիկական հղկումը: Քիմիական մաքրումը հակված է առաջացնել մեծ քանակությամբ քիմիական թափոնային հեղուկ, ինչը աղտոտում է շրջակա միջավայրը և կարող է կոռոզիայի վտանգ ներկայացնել որոշակի ճշգրիտ բաղադրիչների համար: Չնայած մեխանիկական հղկումը կարող է հեռացնել մակերեսային աղտոտիչները, այն հակված է վնասել հիմքը, վատ արդյունքներ է ստանում բարդ ձևի բաղադրիչներ մշակելիս, առաջացնում է փոշու աղտոտում, որը սպառնում է օպերատորների առողջությանը, և դժվարանում է բավարարել բարձր ճշգրտության մաքրման պահանջները:

Բարձրակարգ արտադրական արդյունաբերությունների, ինչպիսիք են ավիատիեզերական արդյունաբերությունը, երկաթուղային տրանսպորտը և ծովային նավերը, արագ զարգացման հետ մեկտեղ, բաղադրիչների մաքրման պահանջները դարձել են ավելի խիստ: Մեծ և բարդ բաղադրիչների, ինչպիսիք են ինքնաթիռի շարժիչի օդային մուտքերը, արագընթաց երկաթուղային վագոնների թափքերը և նավերի լյուկերի ծածկոցները, մակերեսի որակը անմիջականորեն ազդում է արտադրանքի աշխատանքի և ծառայության ժամկետի վրա: Այս բաղադրիչները ոչ միայն ունեն մեծ չափսեր և բարդ ձևեր, այլև պահանջում են չափազանց բարձր մաքրման ճշգրտություն, արդյունավետություն և մակերեսի ամբողջականություն: Ավանդական մաքրման մեթոդները այլևս չեն կարող բավարարել ժամանակակից արտադրության զարգացման կարիքները:

Համաշխարհային բնապահպանական իրազեկվածության աճի ֆոնին, արտադրական արդյունաբերությունը բախվում է աղտոտող նյութերի արտանետումների և ռեսուրսների սպառման կրճատման ճնշմանը: Որպես կանաչ մաքրման տեխնոլոգիա, լազերային մաքրումն առաջարկում է առավելություններ, այդ թվում՝ քիմիական աղտոտվածության բացակայություն, ցածր էներգիայի սպառում և անհպում մաքրում: Այն արդյունավետորեն լուծում է ավանդական մեթոդների հետևանքով առաջացած բնապահպանական խնդիրները, համապատասխանում է կայուն զարգացման ռազմավարություններին և նկատել է կիրառման պահանջարկի անհապաղ աճ տարբեր ոլորտներում:

Լազերային մաքրման տեխնոլոգիա. Մեխանիզմ

Լազերային մաքրումը տեխնոլոգիա է, որն օգտագործում է բարձր էներգիայի խտության լազերային ճառագայթներ՝ նյութական մակերեսների հետ փոխազդելու համար, ինչը հանգեցնում է աղտոտիչների կամ ծածկույթների պոկմանը կամ քայքայմանը հիմքից, այդպիսով ապահովելով մաքրում: Լազերային մաքրման գործընթացը ներառում է բազմաթիվ ֆիզիկական մեխանիզմներ, ինչպիսիք են ջերմային աբլյացիան, լարվածության տատանումները, ջերմային ընդարձակումը, գոլորշիացումը, փուլային պայթյունը, գոլորշիացման ճնշումը և պլազմային ցնցումը: Այս մեխանիզմները համատեղ աշխատում են մաքրման թիրախը հիմքից առանձնացնելու համար՝ արդյունավետ մաքրման համար: Մաքրման միջավայրի հիման վրա լազերային մաքրումը կարելի է բաժանել չոր լազերային մաքրման, թաց լազերային մաքրման և...լազերային հարվածային ալիքային մաքրում։

Չոր լազերային մաքրում

Չոր լազերային մաքրումը ներկայումս լազերային մաքրման ամենատարածված մեթոդն է: Այն օգտագործում է լազերային ճառագայթներ՝ հիմքի մակերեսը ուղղակիորեն ճառագայթելու համար, ինչը հանգեցնում է հիմքի ջերմային ընդարձակման՝ վան դեր Վալսի ուժերը հաղթահարելու և աղտոտիչները հեռացնելու համար:

Լազերի ինտենսիվություն. Լազերի էներգիայի խտության զգալի փոփոխությունները ազդում են մաքրման արդյունքների վրա: Ցածր էներգիայի ինտենսիվության դեպքում գերակշռում են գոլորշիացումը և փուլային պայթյունը, իսկ բարձր էներգիայի խտության դեպքում՝ գոլորշիացման ճնշումը և ցնցման էֆեկտները նույնպես դեր են խաղում: Գերբարձր էներգիան կարող է հանգեցնել պլազմայի հետ կապված խնդիրների: Մաքրումը սովորաբար կատարվում է ցածր էներգիայի խտության դեպքում՝ հիմքը պաշտպանելու համար:
Լազերի ալիքի երկարություն. ալիքի երկարությունը կապված է նյութի էներգիայի կապի հետ: Կարճ ալիքի երկարությունները գերակշռում են ֆոտոքիմիական աբլյացիան, մինչդեռ երկար ալիքի երկարությունները՝ ֆոտոթերմային աբլյացիան: Ալիքի երկարությունը նաև ազդում է մասնիկների և հիմքի միջև ուժերի և ջերմաստիճանի բաշխման վրա, այդպիսով ազդելով մաքրման ուժի և արդյունավետության վրա՝ տարբեր ազդեցություններով տարբեր նյութերի վրա:
Իմպուլսի լայնություն. Կարճ և երկար իմպուլսներն ունեն տարբեր մաքրման մեխանիզմներ: Երկար իմպուլսներն ունեն ուժեղ աբլյացիայի ազդեցություն, բայց վատ ընտրողականություն. կարճ իմպուլսները կարող են առաջացնել բարձր ջերմաստիճաններ և հարվածային ալիքներ՝ նվազագույն վնասով հեռացնելով աղտոտիչները: Գերարագ լազերային իմպուլսները գործում են «սառը աբլյացիայի» մեխանիզմով:
Միջադեպի անկյուն. ուղղահայաց ճառագայթումը աղտոտող մասնիկներին խցանում է լազերի հոսքը, իսկ թեք ճառագայթումը բարելավում է մաքրման արդյունավետությունը։

Թաց լազերային մաքրում

Թաց լազերային մաքրումն իրականացվում է հեղուկ թաղանթի օգնությամբ: Մաքրվող մակերեսին նախապես քսվում է հեղուկ թաղանթ, և լազերային ուղղակի ճառագայթումը արագորեն տաքացնում է հեղուկը՝ առաջացնելով ուժեղ հարվածային ուժեր՝ մակերեսային աղտոտիչները հիմքից հեռացնելու համար:

Լազերային հարվածային ալիքային մաքրում

Լազերային հարվածային ալիքային մաքրումը դասակարգվում է չոր լազերային հարվածային ալիքային մաքրման և հիբրիդ լազերային հարվածային ալիքային մաքրման։ Չոր լազերային հարվածային ալիքային մաքրման դեպքում լազերային ֆոկուսացումը առաջացնում է պլազմա՝ հարվածային մասնիկների համար, խուսափելով ուղղակի ճառագայթումից առաջացող վնասից, բայց թողնելով կույր կետեր։ Սա կարող է բարելավվել՝ կարգավորելով միջադեպի անկյունը կամ օգտագործելով կրկնակի ճառագայթային մաքրում։ Հիբրիդային լազերային հարվածային ալիքային մաքրումը ներառում է գոլորշու օժանդակությամբ, ստորջրյա և խոնավ լազերային հարվածային մեթոդներ։ Այն օգտագործում է հեղուկի հետ կապված ազդեցություններ՝ աղտոտիչները հեռացնելու համար, ինչը կապված է հեղուկի հատկությունների, ինչպիսիք են խտությունը, հետ, և ունի լայն կիրառություն՝ զգալի առավելություններով։

Դիմումներ

Ավիատիեզերք. Օքսիդային թաղանթներ տիտանի համաձուլվածքից պատրաստված օդային մուտքերի վրա

Նանովայրկյանային իմպուլսային լազերային մաքրումը հասնում է ուշագրավ արդյունքների տիտանի համաձուլվածքի օդային մուտքի մակերեսներից օքսիդային թաղանթների հեռացման գործում: Դրա ցածր ջերմային ազդեցությունը կանխում է հիմքի երկրորդային օքսիդացումը, ինչը այն դարձնում է գերազանց մաքրման մեթոդ:

Քիմմաքրման մեխանիզմ. Ջերմային աբլյացիան հիմնական մեխանիզմն է: Երբ լազերային էներգիան ազդում է օքսիդային թաղանթի վրա, մակերեսը կլանում է մեծ քանակությամբ էներգիա, փոխելով աբլյացիայի մեխանիզմը՝ հիմնվելով էներգիայի ինտենսիվության վրա և ձևավորելով տարբեր մակերևութային ձևաբանություններ: Ցածր էներգիայի դեպքում օքսիդային թաղանթը մասամբ հեռացվում է՝ նվազագույն վերահալվող մակերեսներով. միջին էներգիայի դեպքում օքսիդային թաղանթը ամբողջությամբ հեռացվում է՝ աննշան վնասով. բարձր էներգիայի դեպքում, չնայած օքսիդային թաղանթը հեռացվում է, տեղի է ունենում հիմքի զգալի վնաս՝ ձևավորելով ակոսաձև մակերեսային կառուցվածքներ:
Թաց մաքրման մեխանիզմ. ցածր էներգիայի խտության դեպքում հիմնական մեխանիզմը լազերային հարվածային ալիքներն են, բարձր էներգիայի խտության դեպքում՝ գերակշռում են ջերմային աբլացիան և փուլային պայթյունը: Մաքրման ընթացքում տիտանի համաձուլվածքի արագ սառեցման և տաքացման արդյունքում առաջանում է մարտենսիտային տիտանի համաձուլվածք: Երբ էներգիայի խտությունը հասնում է որոշակի արժեքի, մակերեսը վերածվում է նանոկառուցվածքային ելուստային մակերեսի, ինչը մեծ նշանակություն ունի տիտանի համաձուլվածքային նյութերի հետագա կիրառման համար:

Բարձր արագընթաց երկաթուղի. ներկ ալյումինե համաձուլվածքից պատրաստված մեքենաների թափքերի վրա

Ներկի հաստությունը և մաքրման մեթոդները. Բարձր արագընթաց երկաթուղու ալյումինե համաձուլվածքից պատրաստված վագոնների ներկը մաքրելու համար լազերային մաքրման համապատասխան մեթոդները տարբերվում են՝ կախված ներկի գույնից և հաստությունից:

Նուրբ ներկ (հաստություն ≤ 40 մկմ). ցածր ներկի կլանման արագությամբ ալիքի երկարությամբ լազերային լույսի աղբյուրները ավելի լավ արդյունքների են հասնում ջերմային տատանումների միջոցով։
Խիտ ներկ. անհրաժեշտ են լազերային լույսի աղբյուրներ՝ ներկի բարձր կլանման արագությամբ ալիքի երկարությամբ, որոնք հեռացման համար օգտագործվում են աբլյացիայի մեխանիզմ։
Կարմիր ներկի հեռացում. Կարմիր ներկի հեռացման հիմնական մեխանիզմը թրթռումն է: Մաքրման ընթացքում լազերային էներգիան թափանցում է հիմքի մեջ, և հիմքի ջերմաստիճանի բարձրացման հետևանքով առաջացող ջերմային լարվածությունը առաջացնում է ներկի հեռացում: Ամբողջ ներկի շերտը կարող է հեռացվել՝ ալյումինե համաձուլվածքի մակերեսին թողնելով մնացորդային ներկի թույլ ցանցանման ձևաբանություն:
Կապույտ ներկի հեռացում. Նույն լազերային էներգիայի ազդեցության տակ կապույտ ներկը հասնում է ավելի բարձր ջերմաստիճանի, քան կարմիր ներկը, բայց առաջացնում է ավելի ցածր հիմքի ջերմային լարվածություն: Երբ ներկի ջերմաստիճանը հասնում է եռման կետին, այն հեռացվում է գոլորշիացման միջոցով, որն ուղեկցվում է այնպիսի միացություններով, ինչպիսիք են շերտազատումը, այրումը և պլազմային ցնցումը:

Ծովային նավեր. ժանգ բարձր ամրության պողպատե կորպուսի մակերեսների վրա

Քիմմաքրում ժանգի հեռացման համար. Բարձր ամրության պողպատե կորպուսների վրա ժանգի չոր մաքրման ժամանակ հիմնական հեռացման մեխանիզմը էներգիայի կլանման ժամանակ օքսիդային թաղանթի գոլորշիացումն է: Մակերեսային օքսիդների գոլորշիացման ընթացքում առաջացող ներքև ուղղված ռեակցիայի ուժը նպաստում է ավելի հաստ օքսիդային թաղանթների հեռացմանը:
Հեղուկ թաղանթով լազերային ժանգի հեռացում. Հիմնական մեխանիզմը հեղուկ կաթիլների փուլային պայթյունն է էներգիայի կլանման ժամանակ, որը առաջացնում է հարվածային ուժեր՝ ժանգի շերտերը հեռացնելու համար: Հեղուկ թաղանթի պայթուցիկ եռացումը ուժեղացնում է փուլային պայթյունի մեխանիզմի ազդեցությունը ժանգի հեռացման վրա, ինչը հնարավորություն է տալիս ավելի լավ հեռացնել մակերեսային օքսիդային թաղանթները, բայց պայքարում է խորը ներթափանցած օքսիդների դեմ: Ժանգի շերտերի հեռացման տարբեր մեխանիզմներ ազդում են մակերեսային հալված մետաղի հոսքի վրա. փուլային պայթյունից առաջացող կողմնային հրումը նպաստում է հալված շերտի հոսքին՝ ավելի հարթ մակերես ստանալու համար, մինչդեռ գոլորշիացումից առաջացող օքսիդային գոլորշին խոչընդոտում է հեղուկ մետաղի կողմից փոսերը լցնելուն:

Ծովային միջավայր. Ծովային միկրոօրգանիզմներ ալյումինե համաձուլվածքների մակերեսների վրա

Լազերի պարամետրեր և մաքրման ազդեցություն. Նեղ իմպուլսային լայնությամբ և բարձր գագաթնակետային հզորությամբ լազերները գերազանց մաքրման արդյունքներ են ապահովում ալյումինե համաձուլվածքի մակերեսների վրա ծովային միկրոօրգանիզմների համար։
Միկրոօրգանիզմների հեռացման մեխանիզմ. Արտաբջջային պոլիմերային նյութի (EPS) շերտի և խխունջի հիմքերի լազերային հեռացման մեխանիզմներն են համապատասխանաբար աբլացիոն գոլորշիացումը և հարվածային ալիքի շերտազատումը: Բազմաֆոտոնային կլանման ընթացքում մանրէային մակրոմոլեկուլների միաշղթաները կոտրվում են՝ քայքայվելով մեծ թվով ատոմների: Պլազմային հարվածային և աբլացիոն մեխանիզմների համակցված ազդեցության ներքո ծովային միկրոօրգանիզմները արդյունավետորեն հեռացվում են:
Օրգանական նյութերի, ինչպիսիք են ներկը և ծովային միկրոօրգանիզմները. ցածր լազերային էներգիայի խտության դեպքում լուսաքիմիական էֆեկտները խզում են քիմիական կապերը, ինչը հանգեցնում է քայքայման, գունաթափման կամ ակտիվության կորստի: Էներգիայի խտության մեծացմանը զուգընթաց տեղի են ունենում այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են աբլացիան, գոլորշիացումը, այրման բոցերը և պլազմային ցնցումը: Անօրգանական նյութերի, ինչպիսիք են օքսիդային թաղանթները և ժանգը. ցածր էներգիայի խտության դեպքում փոփոխություններ տեղի չեն ունենում. աբլացիան և գոլորշիացումը ի հայտ են գալիս էներգիայի մեծացմանը զուգընթաց:
Մշակութային ժառանգության լազերային մաքրում

Իմպուլսային լազերները կարևոր դեր են խաղում մշակութային ժառանգության պահպանման գործում՝ բավարարելով մշակութային մասունքների, ինչպիսիք են քարե, թղթե և մետաղական արտեֆակտները, չքայքայող և բարձր ճշգրտությամբ մաքրման պահանջները։