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。回收時需除漆，而氨基漆膜堅韌、附著力強，傳統(tǒng)機械、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，簡單高效。光子灣科技超景深顯微鏡在材料微觀觀測與評估中表現(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象，結(jié)合超景深顯微鏡觀測技術(shù)，通過正交試驗優(yōu)化參數(shù)，旨在為工程應用提供數(shù)據(jù)支撐。

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實驗設備與材料

試驗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 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（漆膜厚度儀測得），觀測采用超景深顯微鏡與三維輪廓儀。

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實驗方法

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 個核心工藝參數(shù)。通過單因素試驗確定各參數(shù)合理取值范圍后，設計五因素五水平正交試驗（共25 組）。試驗完成后，用超景深顯微鏡觀測表面形貌，三維輪廓儀測粗糙度與輪廓；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 個等級（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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實驗結(jié)果

1. 正交試驗結(jié)果與極差分析

試驗方案與結(jié)果評估

25 組試驗評分（K_i）范圍 10~90 分，最高為試驗 11（90 分）。通過極差分析（K_ij 為因素 j 水平分值和，R_i 為極差）得出：各參數(shù)對除漆質(zhì)量影響排序為掃描間距（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?），其理論評分為102.4，顯著高于試驗最高值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）、正交試驗高分組（試驗 1、5、12，對應試樣 Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ）及低分組（試驗 18，對應試樣 Ⅴ），用超景深顯微鏡在50 倍、100 倍下觀測。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 / 藍色高亮區(qū)域少（高于 / 低于基準面區(qū)域少），表面接近基準面，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。進一步證實最優(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。掃描間距過大會留下掃描軌跡和漆層殘留，激光功率過低或掃描速率過高則能量不足，導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三維形貌數(shù)據(jù)，其在材料表面評估的優(yōu)勢，可助力相關(guān)行業(yè)工藝升級與質(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各種精密器件及材料表面進行亞微米級三維輪廓測量的檢測儀器。與傳統(tǒng)的光學顯微鏡不同，該設備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀測角度，足以應對各種極具挑戰(zhàn)的觀測場景。

超清數(shù)字成像器件，3840*2160 800W像素超高速實時傳輸

多種HDR技術(shù)結(jié)合運用，實現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)真實呈現(xiàn)

先進的遠心光學系統(tǒng)設計，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、無損高效的特點，可精準觀測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)驗判斷到數(shù)據(jù)驅(qū)動的關(guān)鍵一步。未來，光子灣科技將持續(xù)深化對超景深顯微鏡技術(shù)的研究與應用，助力高端制造領(lǐng)域的材料研發(fā)。

#超景深顯微鏡#三維成像#3d顯微鏡#表面粗糙度#三維輪廓

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，與您共同進步。

原文參考：《碳鋼表面激光除漆的正交試驗優(yōu)化》

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