關於雷射除鏽，你瞭解多少 ?

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 2025年10月01日 17:06 湖南

雷射除鏽的基本原理回顧

首先，我們快速回顧一下雷射除鏽為什麼有效，這有助於理解後續對不同銹蝕和雷射的選擇。

它的核心不是“燒掉”鏽，而是 “光聲效應”：

1.    雷射被鏽層吸收：鐵銹（Fe₂O₃, Fe₃O₄）對特定波長的雷射（如1064nm紅外光）吸收率很高，而乾淨的金屬基體反射率很高。
2.    能量急劇轉化：鏽層在瞬間吸收高能量後，溫度急劇升高，發生振動、氣化、等離子體化。
3.    瞬間剝離：這些受熱膨脹的物質會產生衝擊波，將表面的鏽層“炸飛”或剝離，而基體由於反射了大部分能量，幾乎不受損傷。

 

深入解析：鏽的種類與雷射的匹配

1. 紅鏽（三氧化二鐵 Fe₂O₃）

•  特性：疏鬆、多孔，通常位於材料最表層（“浮鏽”）。它與基體的結合力較弱。
•  清洗難度：容易。
•  原因：其疏鬆的結構使得雷射能量可以輕鬆穿透並使其迅速脫落。即使是能量密度不高的雷射也能有效清除。

2. 黑鏽（四氧化三鐵 Fe₃O₄）

•  特性：緻密、堅硬、穩定，通常意味著氧化已經深入到基體內部，與基體結合非常牢固。它往往是紅鏽在特定環境下進一步氧化或長期腐蝕的產物。
•  清洗難度：極難。
•  原因：
   * 緻密性：緻密的結構使得雷射難以一次性穿透並完全剝離。
   * 結合力：與基體牢固結合，需要更高的能量密度才能破壞這種結合。
   * 深度問題：黑鏽往往已“紮根”到基體深處，雷射作為一種表面處理技術，其作用深度有限。即使表面被清洗乾淨，內部的氧化鐵可能會在不久後再次“泛”到表面，形成新的銹蝕。

雷射類型的選擇：為什麼“連續”不如“脈衝”

連續雷射

•  工作方式：持續輸出能量，像一把持續加熱的“烙鐵”。
•  缺點：熱量會持續累積並傳導。在清除鏽層的同時，大量的熱會傳入金屬基體，導致基體過熱、變形、甚至損傷。它無法產生足夠的暫態衝擊力來剝離結合牢固的黑鏽。
•  適用場景：基本不用於精密除鏽，可能在某些對基體損傷不敏感的大面積、厚浮鏽清理中有應用。

脈衝雷射（主流選擇）

•  工作方式：以極短的脈衝（納秒、皮秒甚至飛秒級）瞬間釋放高能量，像一把極高頻的“錘子”在敲擊。
•  優點：每個脈衝的作用時間極短，熱量來不及傳導到基體，實現了“冷加工”，保護了基材。同時，暫態的高功率密度能產生強大的衝擊波，有效剝離污染物。

 

在脈衝雷射中，光斑模式（單模/多模）至關重要：

•  多模脈衝雷射

  * 光斑：能量分佈不均勻，呈“馬鞍形”或“平頂形”，光斑通常較大。
  * 能量密度：相對較低。
  * 適用場景：非常適合清洗大面積的、附著力弱的污染物，如表面的浮鏽（紅鏽）、油漆、塗層、油污等。效率高，成本相對較低。

 

•  單模脈衝雷射

  * 紅鏽：可以輕鬆清除。
  * 黑鏽：憑藉其極高的能量密度和強大的穿透力，單模脈衝雷射是唯一有可能去除黑鏽的雷射類型。它能夠擊碎緻密的黑鏽層。
  * 但局限性：正如您指出的，對於已經深入基體的黑鏽，即便是大功率單模雷射，也可能無法根除。它可以把表面清洗得非常乾淨美觀，但無法改變基體內部已氧化的狀態。
  * 光斑：能量呈完美的高斯分佈（中心最亮，向邊緣衰減），可以聚焦到極小的點。
  * 能量密度：極高！因為能量集中在很小的點上。
  * 適用場景：是清洗頑固污染物的理想選擇。

雷射清洗是一項卓越的後處理和修復技術，但它不是萬能的。對於黑鏽問題，我們必須轉變思路：

1.  預防遠勝於治療：

•  原材料：使用耐腐蝕性更好的材料（如合金鋼、不銹鋼）。
•  生產過程：在加工、儲存、運輸過程中嚴格控制濕度，避免工件長時間處於潮濕環境。
•  表面防護：在產品出廠前就施加有效的防護層，如電鍍、噴塗、防銹油等，將金屬與腐蝕介質隔絕開。

2.  雷射清洗的精准定位：

•  它是表面清潔和預處理的利器，可用於焊前、塗裝前的清洗，去除焊接氧化層、脫漆等，效果極佳。
•  對於輕度到中度銹蝕（尤其是紅鏽），它可以做到無損、高效、環保地清除。
•  對於重度黑鏽，它可以作為一種“美容”或“應急處理”手段，讓表面恢復潔淨，但需要理解其局限性，並配合其他防銹措施防止復發。