高溫氧化層清洗技術(shù)難點

激光清洗做為無污染、無耗材、全鏈可視可控的工業(yè)清洗方式，在除銹、除漆、模具和金屬表面工藝等各個領(lǐng)域的加工應(yīng)用中大放異彩，成為制造業(yè)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的不二之選。即便在國內(nèi)激光清洗行業(yè)一片大好的形勢下，依然存在著少數(shù)“攔路虎”有待克服，而高溫氧化層的清洗，就是其中相當(dāng)頑固的一只。

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高溫氧化層指在高溫下，金屬材料與氧反應(yīng)生成氧化物造成的一種金屬腐蝕。廣義的高溫氧化包括硫化、鹵化、氮化、碳化等，廣泛發(fā)生在鋼、鈦、鋁等各類工業(yè)金屬的制備過程中。在激光清洗的實踐中，水滴激光研究人員總結(jié)，區(qū)別于普通的氧化層，高溫氧化層在激光清洗工藝中有著三個難點：

• 一般的氧化層厚度僅有幾十納米，而高溫氧化層的厚度單位是微米，千倍于普通氧化層。相應(yīng)地導(dǎo)致清洗效率會大幅下降。
• 與附著在基材表面的異物如漆，膠等不同的是，高溫氧化層是金屬坯體因內(nèi)部形成更高的氧缺陷濃度，促進(jìn)原子的擴散，導(dǎo)致氧化層的致密度大幅提高的金屬基材本身。在這種情況下， 當(dāng)氧原子和碳原子滲透入金屬表層時，它們之間的結(jié)合力也更強，清洗時也會更加艱難。
• 激光清洗的原理復(fù)雜，包括材料表面發(fā)生的 燒蝕、分解、電離、降解、熔化、燃燒、氣化、振動、爆炸、剝離等物理化學(xué)變化過程。而高溫氧化層對高溫有著更強的耐受性，這使得激光清洗基于燒蝕與氣化機理的部分更難起作用。

而這些因素最終導(dǎo)致激光清洗工藝在清洗高溫氧化層時效率普遍只有1-1.5㎡/h，無法滿足工業(yè)清洗的效率要求。

水滴激光實現(xiàn)工藝突破

這是近年來業(yè)內(nèi)所有做激光清洗技術(shù)研發(fā)的公司都在努力攻克的一個難點，因為在這個難點背后，是替代國內(nèi)軋制板材金屬酸洗工藝的巨大市場。

酸洗板是將熱軋板浸入硫酸等的化學(xué)劑溶液，除去金屬表面的氧化物等薄膜后的產(chǎn)物，是軋制板電鍍、搪瓷、軋制等工藝的前處理或中間處理。在汽車行業(yè)、機械行業(yè)、輕工家電和各種形狀的沖壓件中都有廣泛的應(yīng)用：如大梁、副梁、輪輞、輪輻、車廂板、風(fēng)機、化工油桶、焊管、電氣柜、柵欄、鐵梯等。

酸洗工藝成熟，但可替代空間較大

酸洗工藝存在著如氧化鐵皮壓入，氧斑，黃斑，欠酸洗或過酸洗等缺點，酸洗過程也會產(chǎn)生氯化氫酸霧，以及pH,SS,COD,BOD₅成分的廢槽液、廢渣、廢濾芯等環(huán)境污染物。但因其工藝成熟，單次成本低，清洗速度快的特點，至今仍是軋制板去除氧化層時的第一選擇。

但在國家踐行雙碳減排政策的當(dāng)下和未來，為國內(nèi)龐大的酸洗工藝市場尋找新的綠色替代技術(shù)方案無疑是迫在眉睫且勢在必行的。

水滴激光是國家高新技術(shù)企業(yè)、專精特新中小企業(yè)，獲得“紅光獎”、“金耀獎”等激光行業(yè)十多項大獎。作為國內(nèi)少數(shù)深耕激光清洗技術(shù)研發(fā)的龍頭，在激光清洗的實踐中，水滴激光研究人員總結(jié)，區(qū)別于普通的氧化層，高溫氧化層在激光清洗工藝中有著三個難點：

• 一般的氧化層厚度僅有幾十納米，而高溫氧化層的厚度單位是微米，千倍于普通氧化層。相應(yīng)地導(dǎo)致清洗效率會大幅下降。
• 與附著在基材表面的異物如漆，膠等不同的是，高溫氧化層是金屬坯體因內(nèi)部形成更高的氧缺陷濃度，促進(jìn)原子的擴散，導(dǎo)致氧化層的致密度大幅提高的金屬基材本身。在這種情況下， 當(dāng)氧原子和碳原子滲透入金屬表層時，它們之間的結(jié)合力也更強，清洗時也會更加艱難。
• 激光清洗的原理復(fù)雜，包括材料表面發(fā)生的 燒蝕、分解、電離、降解、熔化、燃燒、氣化、振動、爆炸、剝離等物理化學(xué)變化過程。而高溫氧化層對高溫有著更強的耐受性，這使得激光清洗基于燒蝕與氣化機理的部分更難起作用。

而這些因素最終導(dǎo)致激光清洗工藝在清洗高溫氧化層時效率普遍只有1-1.5㎡/h，無法滿足工業(yè)清洗的效率要求。

我們在TS5工藝窗口對高溫氧化層清洗效率為14.5㎡/h，在TS11和TS13工藝窗口對高溫氧化層清洗效率也都穩(wěn)定達(dá)到10㎡/h以上.

工藝試驗過程測試數(shù)據(jù)

目前我們對高溫氧化層的清洗效率也是國內(nèi)激光清洗業(yè)內(nèi)突破性的清洗效率。該項激光清洗工藝意味著可實現(xiàn)單臺設(shè)備每天清洗200-300平的效率需求，是對激光清洗替代酸洗的道路上邁出的重要一步，彰顯了水滴激光作為激光清洗頭部企業(yè)引領(lǐng)市場的研發(fā)創(chuàng)新實力。

激光清洗對酸洗存在比較優(yōu)勢

激光清洗雖然效率上還無法達(dá)到酸洗工藝同等程度，但就其他方面而言有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

• 酸洗法需化學(xué)劑作為耗材，因此單位成本構(gòu)成為設(shè)備折舊+耗材成本；激光清洗除了購買設(shè)備之外并不需要其他耗材。單位成本就是設(shè)備折舊；因此清洗規(guī)模越大，年限越長，激光清洗的單位成本就越低。
• 酸洗生產(chǎn)線的構(gòu)成需要的流程復(fù)雜，不同金屬材料的酸洗劑配比并不相同，因此轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線便需要較大的轉(zhuǎn)化成本，短期內(nèi)清洗的金屬材料單一，無法靈活變動。激光清洗則不存在轉(zhuǎn)化成本：同一臺清洗機切換軟件參數(shù)后就可以實現(xiàn)前一分鐘清洗鋼板，下一分鐘清洗鋁合金的效果。方便企業(yè)實行JIT柔性生產(chǎn)。
• 隨著這兩年中國對“碳達(dá)峰、碳中和”政策的相關(guān)文件出臺，對制造業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的要求越來越嚴(yán)格，對環(huán)境保護(hù)方面日益看重。酸洗生產(chǎn)線的環(huán)評報告也日益嚴(yán)格，相關(guān)企業(yè)的利潤率越來越薄。反過來對高新技術(shù)的扶持力度加大�？傮w環(huán)境來看，更利好激光清洗。

雖然14.5㎡/h的效率仍落后于酸洗工藝，技術(shù)路徑也還不夠成熟，但相信隨著高功率激光清洗設(shè)備的出現(xiàn)和先進(jìn)激光清洗工藝的迭代突破，激光清洗將逐步取代酸洗工藝市場。

來源：HydroLaser

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