碳鋼硬度高、易加工，常用作電器儀器外殼，但易氧化生銹，故涂氨基漆提升耐腐蝕性與外觀。回收時(shí)需除漆，而氨基漆膜堅(jiān)韌、附著力強(qiáng)，傳統(tǒng)機(jī)械、高溫分解、脫漆劑除漆法均有局限。激光除漆能可控去漆且不損基材，簡(jiǎn)單高效。光子灣科技超景深顯微鏡在材料微觀觀測(cè)與評(píng)估中表現(xiàn)優(yōu)異，可為高端領(lǐng)域工藝優(yōu)化提供支撐。本文以碳鋼氨基漆激光除漆為對(duì)象，結(jié)合超景深顯微鏡觀測(cè)技術(shù)，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)，旨在為工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

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實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

試驗(yàn)采用納秒光纖激光清洗系統(tǒng)，由雙軸振鏡系統(tǒng)、紅光定位系統(tǒng)等組成，激光波長(zhǎng) 1064 nm，最高輸出功率 100 W，出光頻率 20~500 kHz，清洗速率最高 7000 mm/s，脈沖寬度 20~300 ns，激光線寬 3.98 nm。試樣為雙面涂氨基漆的碳鋼電器外觀件，基材厚度 1.5 mm，漆膜平均厚度 86.42 μm（漆膜厚度儀測(cè)得），觀測(cè)采用超景深顯微鏡與三維輪廓儀。

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實(shí)驗(yàn)方法

激光除漆效果受激光能量密度（激光功率、脈沖寬度決定）與光斑搭接率（掃描速率、脈沖頻率、掃描間距決定）影響，故確定5 個(gè)核心工藝參數(shù)。通過(guò)單因素試驗(yàn)確定各參數(shù)合理取值范圍后，設(shè)計(jì)五因素五水平正交試驗(yàn)（共25 組）。試驗(yàn)完成后，用超景深顯微鏡觀測(cè)表面形貌，三維輪廓儀測(cè)粗糙度與輪廓；按基底顯露程度、殘余漆層厚度、表面光整度將試樣劃分為X + 至 Z?共 9 個(gè)等級(jí)（90~10 分，梯度 10 分），采用極差分析法分析結(jié)果，確定最優(yōu)參數(shù)與各參數(shù)影響程度。

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實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1. 正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

試驗(yàn)方案與結(jié)果評(píng)估

25 組試驗(yàn)評(píng)分（K_i）范圍 10~90 分，最高為試驗(yàn) 11（90 分）。通過(guò)極差分析（K_ij 為因素 j 水平分值和，R_i 為極差）得出：各參數(shù)對(duì)除漆質(zhì)量影響排序?yàn)?strong>掃描間距（R_i=40）＞激光功率（R_i=32）＞掃描速率（R_i=24）＞脈沖頻率（R_i=18）＞脈沖寬度（R_i=14）。最優(yōu)參數(shù)組合為掃描速率200 mm/s（A?）、激光頻率 250 kHz（B?）、激光功率 90 W（C?）、脈沖寬度 0.2 μs（D?）、掃描間距 0.04 mm（E?），其理論評(píng)分為102.4，顯著高于試驗(yàn)最高值90 分。

2.表面形貌分析

激光除漆后試樣表面的微觀形貌

選取最優(yōu)參數(shù)組（試樣Ⅰ）、正交試驗(yàn)高分組（試驗(yàn) 1、5、12，對(duì)應(yīng)試樣 Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ）及低分組（試驗(yàn) 18，對(duì)應(yīng)試樣 Ⅴ），用超景深顯微鏡在50 倍、100 倍下觀測(cè)。50 倍下，僅試樣 Ⅰ 漆層清除干凈、基底呈銀白色，其余試樣均有漆層殘留且顯掃描紋路（銀灰色）；100 倍下，試樣 Ⅰ 無(wú)明顯殘留，試樣 Ⅱ 因顆粒凸起顯凹凸，試樣Ⅲ、Ⅳ 殘留漆層條紋明顯，試樣 Ⅴ 殘留大量漆層。結(jié)果驗(yàn)證最優(yōu)參數(shù)除漆效果最優(yōu)，掃描間距增大、掃描速率升高或激光功率降低均會(huì)劣化除漆效果。

3.三維輪廓分析

不同試樣激光清洗后的三維輪廓

三維輪廓儀分析顯示：試樣Ⅰ 紅 / 藍(lán)色高亮區(qū)域少（高于 / 低于基準(zhǔn)面區(qū)域少），表面接近基準(zhǔn)面，粗糙度 1.325 μm；試樣 Ⅱ（功率不足）表面整體升高，粗糙度 2.239 μm；試樣 Ⅲ（掃描間距大）邊緣紅色區(qū)域亮、中心下凹，粗糙度 2.624 μm；試樣 Ⅳ（掃描速率大）局部紅色高峰，粗糙度 1.624 μm；試樣 Ⅴ（速率高 + 功率低）整體高度升高，粗糙度 7.697 μm。進(jìn)一步證實(shí)最優(yōu)參數(shù)組試樣表面最平整、除漆效果最佳。

綜上，碳鋼氨基漆激光除漆中，各工藝參數(shù)影響從大到小為：掃描間距、激光功率、掃描速率、脈沖頻率、脈沖寬度。掃描間距過(guò)大會(huì)留下掃描軌跡和漆層殘留，激光功率過(guò)低或掃描速率過(guò)高則能量不足，導(dǎo)致試樣表面呈銀灰色。最優(yōu)除漆參數(shù)為：掃描速率200mm/s、激光頻率 250kHz、激光功率 90W、脈沖寬度 0.2μs、掃描間距 0.04mm。此參數(shù)下漆層基本清除、基底清晰，表面平整且粗糙度低至1.325μm；其他參數(shù)會(huì)使試樣表面出現(xiàn)高低差并殘留漆層。超景深顯微鏡提供了精準(zhǔn)三維形貌數(shù)據(jù)，其在材料表面評(píng)估的優(yōu)勢(shì)，可助力相關(guān)行業(yè)工藝升級(jí)與質(zhì)量管控。

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光子灣超景深顯微鏡

光子灣超景深顯微鏡用于對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行亞微米級(jí)三維輪廓測(cè)量的檢測(cè)儀器。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡不同，該設(shè)備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀測(cè)角度，足以應(yīng)對(duì)各種極具挑戰(zhàn)的觀測(cè)場(chǎng)景。

超清數(shù)字成像器件，3840*2160 800W像素超高速實(shí)時(shí)傳輸

多種HDR技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)真實(shí)呈現(xiàn)

先進(jìn)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證真彩與銳利、低畸變圖像質(zhì)量

光子灣超景深顯微鏡以大景深、三位量化、無(wú)損高效的特點(diǎn)，可精準(zhǔn)觀測(cè)被攝物體的三維輪廓，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，是提升工藝質(zhì)量從經(jīng)驗(yàn)判斷到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵一步。未來(lái)，光子灣科技將持續(xù)深化對(duì)超景深顯微鏡技術(shù)的研究與應(yīng)用，助力高端制造領(lǐng)域的材料研發(fā)。

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感謝您本次的閱讀光子灣將持續(xù)為您奉上更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，與您共同進(jìn)步。

原文參考：《碳鋼表面激光除漆的正交試驗(yàn)優(yōu)化》

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