高温氧化层清洗技术难点

激光清洗做为无污染、无耗材、全链可视可控的工业清洗方式，在除锈、除漆、模具和金属表面工艺等各个领域的加工应用中大放异彩，成为制造业企业产业结构升级的不二之选。即便在国内激光清洗行业一片大好的形势下，依然存在着少数“拦路虎”有待克服，而高温氧化层的清洗，就是其中相当顽固的一只。

热轧碳钢表面高温氧化层的构成

高温氧化层指在高温下，金属材料与氧反应生成氧化物造成的一种金属腐蚀。广义的高温氧化包括硫化、卤化、氮化、碳化等，广泛发生在钢、钛、铝等各类工业金属的制备过程中。在激光清洗的实践中，水滴激光研究人员总结，区别于普通的氧化层，高温氧化层在激光清洗工艺中有着三个难点：

• 一般的氧化层厚度仅有几十纳米，而高温氧化层的厚度单位是微米，千倍于普通氧化层。相应地导致清洗效率会大幅下降。
• 与附着在基材表面的异物如漆，胶等不同的是，高温氧化层是金属坯体因内部形成更高的氧缺陷浓度，促进原子的扩散，导致氧化层的致密度大幅提高的金属基材本身。在这种情况下， 当氧原子和碳原子渗透入金属表层时，它们之间的结合力也更强，清洗时也会更加艰难。
• 激光清洗的原理复杂，包括材料表面发生的 烧蚀、分解、电离、降解、熔化、燃烧、气化、振动、爆炸、剥离等物理化学变化过程。而高温氧化层对高温有着更强的耐受性，这使得激光清洗基于烧蚀与气化机理的部分更难起作用。

而这些因素最终导致激光清洗工艺在清洗高温氧化层时效率普遍只有1-1.5㎡/h，无法满足工业清洗的效率要求。

水滴激光实现工艺突破

这是近年来业内所有做激光清洗技术研发的公司都在努力攻克的一个难点，因为在这个难点背后，是替代国内轧制板材金属酸洗工艺的巨大市场。

酸洗板是将热轧板浸入硫酸等的化学剂溶液，除去金属表面的氧化物等薄膜后的产物，是轧制板电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理。在汽车行业、机械行业、轻工家电和各种形状的冲压件中都有广泛的应用：如大梁、副梁、轮辋、轮辐、车厢板、风机、化工油桶、焊管、电气柜、栅栏、铁梯等。

酸洗工艺成熟，但可替代空间较大

酸洗工艺存在着如氧化铁皮压入，氧斑，黄斑，欠酸洗或过酸洗等缺点，酸洗过程也会产生氯化氢酸雾，以及pH,SS,COD,BOD₅成分的废槽液、废渣、废滤芯等环境污染物。但因其工艺成熟，单次成本低，清洗速度快的特点，至今仍是轧制板去除氧化层时的第一选择。

但在国家践行双碳减排政策的当下和未来，为国内庞大的酸洗工艺市场寻找新的绿色替代技术方案无疑是迫在眉睫且势在必行的。

水滴激光是国家高新技术企业、专精特新中小企业，获得“红光奖”、“金耀奖”等激光行业十多项大奖。作为国内少数深耕激光清洗技术研发的龙头，在激光清洗的实践中，水滴激光研究人员总结，区别于普通的氧化层，高温氧化层在激光清洗工艺中有着三个难点：

• 一般的氧化层厚度仅有几十纳米，而高温氧化层的厚度单位是微米，千倍于普通氧化层。相应地导致清洗效率会大幅下降。
• 与附着在基材表面的异物如漆，胶等不同的是，高温氧化层是金属坯体因内部形成更高的氧缺陷浓度，促进原子的扩散，导致氧化层的致密度大幅提高的金属基材本身。在这种情况下， 当氧原子和碳原子渗透入金属表层时，它们之间的结合力也更强，清洗时也会更加艰难。
• 激光清洗的原理复杂，包括材料表面发生的 烧蚀、分解、电离、降解、熔化、燃烧、气化、振动、爆炸、剥离等物理化学变化过程。而高温氧化层对高温有着更强的耐受性，这使得激光清洗基于烧蚀与气化机理的部分更难起作用。

而这些因素最终导致激光清洗工艺在清洗高温氧化层时效率普遍只有1-1.5㎡/h，无法满足工业清洗的效率要求。

我们在TS5工艺窗口对高温氧化层清洗效率为14.5㎡/h，在TS11和TS13工艺窗口对高温氧化层清洗效率也都稳定达到10㎡/h以上.

工艺试验过程测试数据

目前我们对高温氧化层的清洗效率也是国内激光清洗业内突破性的清洗效率。该项激光清洗工艺意味着可实现单台设备每天清洗200-300平的效率需求，是对激光清洗替代酸洗的道路上迈出的重要一步，彰显了水滴激光作为激光清洗头部企业引领市场的研发创新实力。

激光清洗对酸洗存在比较优势

激光清洗虽然效率上还无法达到酸洗工艺同等程度，但就其他方面而言有着明显的技术优势：

• 酸洗法需化学剂作为耗材，因此单位成本构成为设备折旧+耗材成本；激光清洗除了购买设备之外并不需要其他耗材。单位成本就是设备折旧；因此清洗规模越大，年限越长，激光清洗的单位成本就越低。
• 酸洗生产线的构成需要的流程复杂，不同金属材料的酸洗剂配比并不相同，因此转化生产线便需要较大的转化成本，短期内清洗的金属材料单一，无法灵活变动。激光清洗则不存在转化成本：同一台清洗机切换软件参数后就可以实现前一分钟清洗钢板，下一分钟清洗铝合金的效果。方便企业实行JIT柔性生产。
• 随着这两年中国对“碳达峰、碳中和”政策的相关文件出台，对制造业结构转型升级的要求越来越严格，对环境保护方面日益看重。酸洗生产线的环评报告也日益严格，相关企业的利润率越来越薄。反过来对高新技术的扶持力度加大。总体环境来看，更利好激光清洗。

虽然14.5㎡/h的效率仍落后于酸洗工艺，技术路径也还不够成熟，但相信随着高功率激光清洗设备的出现和先进激光清洗工艺的迭代突破，激光清洗将逐步取代酸洗工艺市场。

来源：HydroLaser

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