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来自世界500强及钢行业大佬的的预测:激光清洗金属制品已势不可挡(一)

发布:2022-04-22 17:31作者:www.huyunjituan.com点击:751次

在过去的 50 年里,激光清洗逐渐成为保护性清洗各种文物的黄金标准,包括石材、陶瓷和油漆。虽然它在金属中的应用还没有被广泛采用,但已有关于金属制品激光清洗的报道。然而,这些研究的结果有时似乎是相互矛盾的,这表明激光清洗的结果是非常情境化的,因此很难评估激光清洗是否适合用于金属产品。本文的目的是概述对最常见的历史金属的研究,例如铜、铁、银和金。这项研究表明,仔细选择激光波长、脉冲持续时间和操作条件(例如,使用润湿剂或惰性气体)对于优化结果至关重要。激光清洗。它还强调了对激光清洁结果进行系统审查的重要性,并帮助保护人员了解激光清洁是否适合保护他们所护理的金属制品。此外,这项工作为保护专业人员规划激光金属清洁的未来研究提供了一个有用的起点。
清除文化古迹是一项重要且通常是广泛的保护措施。金属产品通常用于去除污染物(如灰尘、旧涂层或埋藏的碎屑)以及腐蚀,从变色的薄层到厚的腐蚀外壳。博物馆和画廊中最常见的金属(通常是合金)是铜、铁、铅、银和金。对于长期埋在水中或浸没在水中的考古金属文物,尤其是铜和铁合金,挑战不是去除所有腐蚀并暴露金属芯。 ,但要显示标记的“原始表面”。并且经常带有装饰品。如文献中所述,考古金属制品的整个表面通常位于腐蚀外壳的某处。在实践中,这意味着由铜或钢制成的考古物品在被修复者清理后通常会覆盖一层腐蚀。另一方面,对非考古发现进行保护性清洁的目的通常是露出闪亮的金属表面。
在过去的 50 年里,激光清洁逐渐演变成一种既定的温和清洁方法。虽然它在金属中的应用还没有被广泛采用,但已有关于金属制品激光清洗的报道。但是,正如我们将更详细地看到的那样,这些研究的结果有时是相互矛盾的。因此,非医学专业人士很难评估激光清洗是否适用于金属产品。许多因素会影响激光清洁的结果,例如: B. 激光波长、脉冲持续时间、通量、环境以及在某些情况下的重复率。
为了阐明这些因素的影响,让我们首先简要讨论激光辐射如何与物质相互作用。本文还概述了文化遗产领域用于金属加工的各种激光。将总结文献中发表的针对铜、铁、银、金和其他金属的激光清洗结果。就铜和铁而言,考古发现和非考古发现是有区别的,因为它们反映了不同的保护问题。审查的目的是确定哪些类型的金属产品激光清洗是有效的以及如何优化激光设置,以及确定不适合激光清洗的情况。此外,本文重点介绍了需要进一步研究的领域。我们希望这篇综述可以作为环保主义者的起点,以评估激光清洁是否是保护他们所照顾的金属制品的合适方法,并帮助保护科学家制定计划。激光清洗金属的未来研究。
本文的目的是对金属产品激光清洗的研究进行全面概述。它介绍了最常见的传统金属,例如铜、铁、银和金,并描述了激光设置如何影响激光清洁效果。介绍并讨论了每种金属的激光清洗的成功和挑战。该文献综述还确定了未来研究的领域。
研究激光束与被照射材料之间的相互作用是了解激光清洗机理和选择合适的激光参数进行金属清洗的关键。
当材料暴露于激光脉冲时,一些光从表面反射,一些光被材料吸收。吸收的光量取决于激光的波长和被照射材料的特性,例如它在激光波长、温度和表面粗糙度下的吸收。因此,激光波长的选择对于激光清洗至关重要。充其量,激光波长被污染物强烈吸收,但被基板反射。例如,激光清洁覆盖着黑色污渍的旧大理石雕像就是这种情况。当被 Q 开关 Nd:YAG 激光照射时,黑色外壳强烈吸收光,将其消散,并且额外的激光脉冲从吸收不良的大理石反射。激光清洗并不总是自限性的。例如,Er:YAG 激光用于去除油漆中的有机涂层,其中污染物和基材的吸收率等于 Er:YAG 激光的波长。然而,激光仅用于破坏油漆的氧化表面。另一个需要注意的因素是 Madden 等人。透明聚合物薄膜的“透镜”已有报道:在某些波长下,薄膜可以充当透镜,将激光束聚焦到最近的点。应该避免这种情况,因为它会导致塑料薄膜本身破裂,以及薄膜外材料中的针孔和针孔。
一旦激光击中材料,激光的强度就会随着深度而降低,衰减率受比尔-朗伯定律支配。激光的脉冲宽度对光的传播机制有显着影响。出于保护考虑,与连续激光相比,仅使用脉冲激光作为脉冲,这极大地限制了对基板的热损伤。在金属上测试的激光系统中,激光脉冲的持续时间从毫秒(ms,10-3 s)到飞秒(fs,10-15 s)不等,这决定了在物理过程中被照射材料的光子和电子之间的距离沟通。这反过来又决定了激光能量如何在材料中损失。
对于纳秒(ns,10-9 s)和更长的脉冲(ms 和 µs,10-6 s),激光能量的吸收主要是由于热和扩散机制。这会加热材料,激光脉冲越短,表面温度越高,加热的材料量就越少。在这种情况下,污染物的去除是由于污染物或基质本身的快速热膨胀,从而产生压力脉冲或冲击波。如果激光脉冲通量密度足够高,污染物也会蒸发。
使用更长的激光脉冲可减少由污染物和基板的快速热膨胀引起的压力积聚。在 ms 和 µs 时,热影响区比短脉冲更大,温升更小,材料上的热负荷降低。当皮秒脉冲(ps,10-12 s)或 fs 撞击材料时,光子没有时间在被照射的材料中引起热扩散和热过程。
激光照射发生的环境在激光清洗过程中起着重要作用,防护人员通常使用刷子、棉签或喷雾器在工件表面涂上一层液体(通常是水或有机溶剂)。 .这称为“湿式激光清洗”。另一种方法是将产品浸入液体中。当润湿剂吸收部分激光辐射时,其主要作用是将部分激光能量转化为机械脉冲,产生冲击波。一般来说,润湿剂在降低辐照体积内的温升方面也起着重要作用。在辐照过程中,表面上的液体升温并迅速蒸发,膨胀的蒸气将受污染的颗粒从基质中去除。液体层的过度加热会导致水-基材界面处气泡的成核和快速生长。然后气泡破裂,导致受污染颗粒下方的高压,足以从表面去除微米和亚微米颗粒。
在钣金激光切割中,有时会使用惰性气体流,例如氮气、氦气或氩气。这种惰性气体流的作用主要是防止金属在高温下氧化,但它也可以引导喷射的材料远离热金属的激光束,防止其沉淀在新切割的表面上。 .在遗产部门尝试了一种类似的方法来减少激光清洁银和考古钢时的氧化。
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