【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面清洗，具体涉及一种磁场辅助激光清洗方法。
技术介绍
1、近年来，激光清洗技术因其具有绿色环保、无接触、高灵活性和高效清洗等特点而在表面技术与清洗
受到广泛应用。尽管激光清洗技术与传统清洗技术相比具有很多优势，但仍存在一些问题和瓶颈，阻碍了激光清洗技术向着更大清洗面积、更高清洗效率、更复杂的清洗环境和清洗过后获得更优的表面性能的大规模工业应用。
2、目前，激光清洗技术正在飞速发展，在各个行业都扮演着越来越重要的角色，有许多专利产生。但伴随着工业现代化的更高工艺需求，激光清洗技术也暴露出许多问题和不足，面对航空航天领域难以清洗、应用广泛的金属材料如钛合金，以及汽车和船舶领域大面积清洗效率和质量的要求，目前的激光清洗技术还存在以下问题：(1)过度依赖激光器的发展；(2)有色金属表面的能量反射率高导致激光利用率低；(3)清洗效率不佳，需要多次清洗；(4)清洗工艺要求严格，容易损伤基体；(5)二次污染，激光清洗过程中产生颗粒重新污染清洁表面。
3、此外，最新发展起来的晶圆表面的等离子体激光清洗技术中，激光束与待清洗表面相互不接触，激光束以平行于待清洗表面的方向入射，经透镜聚焦于基体表面某处，激光束的高能量使得周围气体被离解，在待清洗表面构成激光等离子体，该等离子体在待清洗表面快速膨胀，在等离子体扩散其与待清洗表面的颗粒接触，通过等离子体膨胀扩散产生的冲击波作用达到清洗颗粒的目的，但是，目前等离子体激光清洗技术具有以下4个缺点：(1)等离子体仅发生在聚焦的焦点附件，清洗的范围较小；(2)激光束
4、与此同时，等离子体激光冲击波清洗法是一种伴随着空气或者水击穿的非接触和非破坏的清洗技术,脉冲激光使局部温度快速升高导致空气产生介电击穿,高压和高温等离子快速衰减，引起冲击波的产生，强冲击波产生复杂的压力波场，导致颗粒具有从基体飞离的加速度。压力场和表面颗粒相互作用产生颗粒从基体移除需要的力。由于激光诱导的等离子体羽流可以在几纳秒内直接接触到清洗表面，因此间距小于1.5mm时，造成清洗表面产生凹坑和散布在表面的凹坑；当间距大于3mm时，可以实现颗粒的无损伤去除。等离子体激光冲击波清洗法主要用来清洗亚微米或纳米颗粒，该方法对工艺要求严格,既要保证合适激光能量密度又要保证合适的间距，保证激光去除微细颗粒的同时不损伤基体表面，因此，还未见该方法针对油漆涂层方面的清洗研究与应用。
5、因此，除了借助先进的激光器技术的发展，优化激光清洗参数等技术途径外，如何利用现有成熟的激光清洗技术与装备，实现高效、优质、精密、低成本的激光清洗技术是科技工作者需要解决的关键科学与技术问题。
6、大量的研究表明，激光与材料或者空气相互作用时会产生等离子体，而磁场对等离子体运动状态、激光熔化金属形成的液态流体、熔融流体的凝固等均具有显著的影响作用、拘束作用和控制作用，这为磁场辅助清洗提供了有力的理论支撑和技术专利技术灵感，因此，磁场辅助激光清洗技术能够解决目前激光清洗领域存在的关键问题，有利于提高清洗效率、不损伤基体、不产生二次污染、降低清洗成本，实现高质量、高精度、苛刻环境条件下的清洗过程。
7、申请公开号cn114082717a的中国专利公开了一种基于磁场和气流辅助的激光清洗光学玻璃的装置及清洗方法，在玻璃材料加工件的加工面两侧安装磁极板,磁极板产生的磁力线穿过玻璃材料加工件的加工面，采用磁场和辅助气流的耦合来约束改变激光冲击波的形状，并使其朝着样品表面作漂移运动，扩展清洗面积，提高清洗效率。但是，该专利并没有公开所用磁场模式、磁场方式、磁场强度以及相关的工艺参数，磁场作用效果有待明确。
8、申请公开号cn113102390a的中国专利公开了一种磁场约束双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳颗粒方法，利用脉冲激光束聚焦在永磁铁n极和永磁铁s极之间诱导气体击穿产生等离子体冲击波,使得待清洗基板表面上的微纳米颗粒污染物在冲击波去除力的作用下从待清洗基板表面飞离，通过磁场的约束作用增强等离子体强度与存续时间,增强冲击波的强度,提高基板的清洗面积与清洗效率。但是，该专利也没有公开所用永磁体形式恒定磁场相关的关键参数，磁场作用效果有待明确。
9、申请公开号cn115283368a的中国专利公开了一种提高金属板材表面涂层激光去除稳定性和效率的方法，通过磁感应线圈产生稳恒磁场,电流为0-10a的稳定直流电流，外加磁场与等离子体之间的相互作用,控制等离子体的聚集与扩散,减弱等离子体对激光的屏蔽效应，减弱等离子体的喷发周期和强度,使激光能量分布更均匀,有效提高激光去除金属板材涂层的稳定性。但是，该专利仅在实施例中提供了磁场强度为0.2-0.8t,也未公布该恒定磁场的其它关键工艺，实施例2中激光束功率只有30w、输出功率30％依然获得比实施例1中的激光束功率100w、输出功率50％更深的去除深度，磁场和激光束与表面涂层的相互作用机制与效果有待明确。
10、在上述专利技术中，磁场辅助激光清洗技术有待完善和提升，未能充分利用磁场特性，所适用的清洗对象和采用的磁场极其有限，未能根据清洗对象、条件、环境与要求设计对应的、确实有效的清洗方案。
11、鉴于此，本专利技术提出一种磁场辅助激光清洗方法以解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的在于提出一种磁场辅助激光清洗方法，充分利用磁场特性，适用多种清洗对象，采用多种类型的磁场，根据清洗对象、条件、环境与要求设计对应的、确实有效的清洗方案，进一步提高激光清洗效果。
2、本专利技术提供了一种磁场辅助激光清洗方法，根据多种清洗对象的多种清洗要求，确定适配的磁场辅助激光清洗的最优工艺参数、最有效磁场模式、最合理磁场方式、最佳耦合工序、最恰当激光清洗方式，以满足多种待清洗对象的清洗需求，多因素有机融合构成了高效、优质、精密、经济的磁场辅助激光清洗方法。
3、本专利技术是这样实现的，一种磁场辅助激光清洗方法，包括以下步骤：
4、s1,确定磁场模式：在待清洗金属上部、或者表面、或者背面周围设置励磁装置以形成磁场，磁场方向与清洗激光束方向的相对空间几何位置关系构成了磁场模式，所述磁场方向与激光束中心轴向平行、或者重合、或者垂直，或者呈小于30度的锐角相交，所述磁场模式为纵向磁场模式、或者横向磁场模式、或者旋转磁场模式；
5、s2,确定磁场方式和激光清洗方式：根据待清洗对象、清洗技术指标和经济成本要求，采用合适的激光清洗方式，并匹配与激光清洗方式相适应的磁场方式，
6、所述磁场方式为恒定磁场方式、或者连续交变磁场方式、或者间歇交变磁场方式、或者脉冲磁场方式、或者脉冲交变磁场方式，...
【技术保护点】
1.一种磁场辅助激光清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为AZ31镁合金板上氧化层，有高效率、焊接性要求和操作安全性要求，所述磁场辅助激光清洗方法的工艺参数为：采用纵向磁场模式+间歇交变磁场方式+磁场提前施加的耦合工序+脉冲激光清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；99.99％氦气保护，氦气流量18～24L/min，磁场强度0.18～0.26T，磁场频率为16～28Hz，外加磁场为间歇交变纵向磁场，占空比为20～30％，磁场提前施加；脉冲激光清洗功率为60～90W，脉冲激光波长1064nm，脉冲激光脉宽100～300nm，脉冲激光频率为20～60KHz，脉冲激光扫描速度3000～9000mm/s，清洗对象为AZ31镁合金板上氧化层，氧化层厚度为21μm，镁合金AZ31板厚为3mm，清洗深度为21～22μm,表面粗糙度Ra为1.1～3.2μm；磁场辅助连续激光清洗方法比普通连续激光清洗方法，对于AZ31镁合金板上氧化层去除效率提高20％以上，光洁度提高18％以上，激光清洗功率阈值降低25％以上。
4.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为2195铝合金氧化层，有表面粗糙度、精度要求，成本要求一般，所述磁场辅助激光清洗的工艺参数为：采用纵向磁场模式+交变磁场方式+磁场同时施加的耦合工序+脉冲激光清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；磁场强度0.16～0.28T，磁场频率为50Hz，外加磁场为正弦波连续交变纵向磁场，磁场同时施加的；氮气保护，纳秒脉冲激光清洗功率为30～50W，纳秒脉冲激光重复频率为100KHz，纳秒脉冲脉冲宽度为30ns，纳秒脉冲激光扫描速度4000～5000mm/s，纳秒脉冲激光清洗速度20～30mm/s，氧化层厚度为20μm，铝合金板厚为3.2mm，清洗深度为20～22μm，表面粗糙度为1.3～1.6μm；磁场辅助纳秒脉冲激光清洗方法比普通纳米脉冲激光清洗方法，对于2195铝合金氧化层去除效率提高10％以上，激光清洗功率阈值降低12％以上。
5.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为20Cr汽车零部件上的油膜，具有高效率、高质量、高精度、力学性能要求，所述磁场辅助激光清洗方法的工艺参数为：磁场强度0.02～0.04T，磁场频率为15Hz，外加磁场为脉冲交变纵向磁场，飞秒激光清洗功率为8W，重复频率为100KHz，飞秒激光清洗速度8000mm/s，脉冲宽度350fs；磁场辅助飞秒激光清洗方法效率提高10％以上，激光清洗阈值降低12％以上。
6.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为晶圆表面颗粒物，具有效率、精度、质量、成本要求，所述磁场辅助激光清洗方法的工艺参数为：采用横向磁场模式+脉冲交变磁场方式+磁场延迟继续作用的耦合工序+等离子体激光冲击波清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；横向磁场强度0.08～0.12T，横向磁场频率为100～200Hz，磁场为脉冲交变横向磁场，磁场采用提前施加的耦合工序和延迟继续作用的双重耦合工序，连续激光清洗功率为100～300W，连续激光清洗频率为512～1024Hz，连续激光束与晶圆表面平行并贴近晶圆表面3.5～4.5mm，磁场方向与激光束垂直，磁场辅助等离子体激光冲击波清洗方法对于晶圆表面颗粒的去除效率提高60％以上，激光清洗功率阈值降低30％以上，并且避免二次颗粒污染。
7.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为AH32钢表面油漆，有高效率、低成本要求，精度要求一般，所述磁场辅助等离子体激光冲击波清洗方法的工艺参数为：采用纵向磁场模式+交变磁场方式+磁场延迟继续作用的耦合工序+等离子体激光冲击波清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；纵向磁...
【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助激光清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为az31镁合金板上氧化层，有高效率、焊接性要求和操作安全性要求，所述磁场辅助激光清洗方法的工艺参数为：采用纵向磁场模式+间歇交变磁场方式+磁场提前施加的耦合工序+脉冲激光清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；99.99％氦气保护，氦气流量18～24l/min，磁场强度0.18～0.26t，磁场频率为16～28hz，外加磁场为间歇交变纵向磁场，占空比为20～30％，磁场提前施加；脉冲激光清洗功率为60～90w，脉冲激光波长1064nm，脉冲激光脉宽100～300nm，脉冲激光频率为20～60khz，脉冲激光扫描速度3000～9000mm/s，清洗对象为az31镁合金板上氧化层，氧化层厚度为21μm，镁合金az31板厚为3mm，清洗深度为21～22μm,表面粗糙度ra为1.1～3.2μm；磁场辅助连续激光清洗方法比普通连续激光清洗方法，对于az31镁合金板上氧化层去除效率提高20％以上，光洁度提高18％以上，激光清洗功率阈值降低25％以上。
3.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为45#高碳钢板铁锈层，面积非常大，有低成本、高效率、一般精度的要求，所述磁场辅助激光清洗的工艺参数为：采用纵向磁场模式+交变磁场方式+磁场同时施加的耦合工序+连续激光清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；磁场强度0.14～0.32t，磁场频率为1～1.8khz，外加磁场为脉冲交变纵向磁场，连续激光清洗功率为700～900w，连续激光清洗频率为256～512hz，连续激光清洗速度200～400mm/s，铁锈层厚度为34μm，45#高碳钢板厚为12mm，清洗深度为34～35μm，表面粗糙度为2.1～3.8μm；磁场辅助连续激光清洗方法比普通连续激光清洗方法，对于245#高碳钢板铁锈层去除效率提高13％以上，光洁度提高20％以上，激光清洗功率阈值降低15％以上。
4.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为2195铝合金氧化层，有表面粗糙度、精度要求，成本要求一般，所述磁场辅助激光清洗的工艺参数为：采用纵向磁场模式+交变磁场方式+磁场同时施加的耦合工序+脉冲激光清洗方式的磁场辅助激光清洗方法；磁场强度0.16～0.28t，磁场频率为50hz，外加磁场为正弦波连续交变纵向磁场，磁场同时施加的；氮气保护，纳秒脉冲激光清洗功率为30～50w，纳秒脉冲激光重复频率为100khz，纳秒脉冲脉冲宽度为30ns，纳秒脉冲激光扫描速度4000～5000mm/s，纳秒脉冲激光清洗速度20～30mm/s，氧化层厚度为20μm，铝合金板厚为3.2mm，清洗深度为20～22μm，表面粗糙度为1.3～1.6μm；磁场辅助纳秒脉冲激光清洗方法比普通纳米脉冲激光清洗方法，对于2195铝合金氧化层去除效率提高10％以上，激光清洗功率阈值降低12％以上。
5.根据权利要求1所述的磁场辅助激光清洗方法，其特征在于：清洗对象为20cr汽车零部件上的油膜，具有高效率、高质量、高精度、力学性能要求，所述磁场辅助激光清洗方法的工艺参数为：磁场强度0.02～0.04t，磁场频率为15hz，外加磁场为脉冲交变纵向磁场，飞秒激光清洗功率为8w，重复频率为100khz，飞秒激光清洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，王颖，程日平，唐紫涵，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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