秦哲，高謙，王斌，楊雅婷，陳亞軍

飛機蒙皮納秒脈沖激光除漆工藝與機理研究

秦哲1,2，高謙1，王斌3，楊雅婷1，陳亞軍1

（1.中國民航大學(xué) 中歐航空工程師學(xué)院，天津 300300；2.天津良益科技股份有限公司，天津 300100；3.南開大學(xué) 人工智能學(xué)院，天津 300071）

尋求2024航空鋁合金基體表面環(huán)氧漆層納秒脈沖激光去除的最佳工藝參數(shù)。運用正交試驗方法，通過改變激光功率、脈沖頻率和掃描速度等參數(shù)，結(jié)合三維輪廓儀和掃描電子顯微鏡分析試樣表面除漆后的微觀形貌和殘漆率。同時，為了研究激光除漆機理，采用能譜儀和拉曼光譜儀分析除漆前后環(huán)氧漆層成分的變化情況。工藝參數(shù)對試樣除漆后殘漆率的影響的主次順序為掃描速度、激光功率、脈沖頻率。當掃描速度較小時，隨著激光功率的提高，激光燒蝕效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。在增加脈沖頻率時，單脈沖激光能量密度隨之減小，激光燒蝕效應(yīng)減弱，除漆效果變差。實驗以殘漆率為優(yōu)化指標，獲得的最佳除漆工藝參數(shù)組合為掃描速度60 mm/s、激光功率7 W、脈沖頻率20 kHz。使用此工藝參數(shù)測得試樣表面的殘漆率平均值為0.02。通過選擇合適的工藝參數(shù)，采用納秒脈沖激光可以有效去除鋁合金基體表面的環(huán)氧漆層，并且不會損傷基體。除漆機理以激光燒蝕效應(yīng)和熱振動效應(yīng)為主，漆層被激光燒蝕后形成碳化物，經(jīng)過二次激光清洗，碳化物受到熱振動效應(yīng)作用可被基本去除，該研究可為今后飛機蒙皮除漆工藝參數(shù)的確定提供參考。

納秒脈沖激光；除漆；正交試驗法；表面形貌；殘漆率；工藝參數(shù)優(yōu)化

在飛機飛行過程中，飛機蒙皮表面油漆涂層會出現(xiàn)光老化、破損、脫落等現(xiàn)象，降低了油漆涂層的防腐蝕效果和保護作用，因此在飛機維修過程中一項重要的工作是將蒙皮油漆去除后重新噴涂，從而延長飛機的壽命。常見的飛機蒙皮脫漆方法有機械脫漆法、噴涂脫漆劑法、超聲波除漆法等。機械脫漆法[1]使用摩擦介質(zhì)保持一定的力量和速度沖擊并去除漆層，這種方法勞動強度大、效率低。噴涂脫漆劑法采用有機溶劑溶解溶脹漆層，以達到除漆的目的，雖然除漆效率高，但是一般脫漆劑具有一定的毒性、揮發(fā)性和易燃性強，使用安全性和環(huán)保性差[2]。超聲波除漆法利用超聲波在液體中的空化作用或直進流作用，使漆層剝離，從而達到清洗目的，此方法操作復(fù)雜、適用性差。激光清洗技術(shù)作為一種新型表面處理技術(shù)，通過能量密度高、方向性好的連續(xù)或脈沖激光光束誘導(dǎo)的振動效應(yīng)和燒蝕效應(yīng)[3]，使得熱應(yīng)力克服漆層與基底之間的黏附力，或高溫直接將漆層氣化、燒蝕，從而去除油漆[4]。與機械脫漆法相比，激光除漆技術(shù)具有特有的除漆機理，工作效率高，同時也可大大降低對基體的機械損傷[5]。與噴涂脫漆劑法相比，激光除漆技術(shù)在除漆過程中無需使用任何化學(xué)試劑，對環(huán)境污染小。與超聲波除漆法相比，雖然激光除漆設(shè)備前期的費用高，但壽命長、運行成本低、維修維護成本低、自動化程度高、操作簡單、適用性更強[6-7]。

近年來，激光除漆技術(shù)得到了越來越多科研人員的關(guān)注。趙海朝等[6]認為激光清洗１次后，隨著能量密度的增加，激光除漆質(zhì)量呈現(xiàn)變好的趨勢。Liu等[8]對聚氨酯漆船殼板表面進行了脈沖光纖激光重復(fù)清洗研究，分析了脈沖光纖激光功率、表面粗糙度與表面形貌之間的關(guān)系。Kim等[9]采用低功率調(diào)Q光纖激光器去除造船用鋼表面的底漆，研究發(fā)現(xiàn)，在激光光斑重疊率為20%，能量密度為10.5 J/cm2的參數(shù)條件下，清洗效果相對最佳。Shan等[10]采用最大功率30 W的納秒光纖脈沖激光對2024鋁合金進行漆層去除研究，結(jié)果表明，當激光清洗能量密度為21.23 J/cm2時，獲得了相對最佳的清潔度和表面完整性。劉鵬飛等[11]認為激光能量密度和掃描速度對除漆表面質(zhì)量有很大的影響。朱偉等[12]認為激光功率、離焦量、清洗速度對清洗效果有影響，并通過表面顯微視圖分析和力學(xué)性能測試分析研究了激光清洗對基材性能的影響。Li等[13]使用納秒脈沖激光器研究了Q345鋼表面涂料的去除情況及清洗后表面的顯微組織和硬度，結(jié)果表明，在納秒激光清洗過程中，X掃描速度為1 500 mm/s，Y移動速度為7 mm/s時，清洗后的表面比較平整，只有少量的殘余油漆。Zhao等[14]用1 064 nm高重復(fù)頻率光纖激光器去除飛機蒙皮厚度50 μm的聚丙烯酸樹脂底漆涂層，研究發(fā)現(xiàn)選擇合適的掃描速度和脈沖頻率組合，可以提高其掃描質(zhì)量和效率，且隨著激光功率的增加，單脈沖激光剝落的油漆量增加。萬壯等[15]研究了不同激光脈沖頻率對清洗效果及表面性能的影響規(guī)律，認為脈沖頻率作為一個重要參數(shù)，對清洗效果和表面性能有顯著影響。施曙東等[16]認為通過提高激光器的輸出功率、脈沖頻率，或者增加光斑直徑，可以獲得更好的清洗效果和更高的清洗效率。蔣一嵐等[17]利用高重復(fù)頻率CO2激光器對飛機蒙皮上的雙層復(fù)合油漆層進行去除，結(jié)果表明，通過選擇合適的掃描間距、激光功率密度、掃描次數(shù)，可將飛機蒙皮表面的2層油漆層完全去除。

以上激光除漆研究主要集中在激光能量密度、掃描速度、脈沖頻率和掃描次數(shù)等參數(shù)對除漆效果和基材性能的影響，雖然最終確定了最佳的除漆參數(shù)，但是在除漆研究參數(shù)的選擇過程中存在一定的偶然性。正交試驗法是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，它依據(jù) Galois理論從全面實驗中挑選出部分具有代表性的水平組合進行研究，并對結(jié)果進行分析，從而找出最優(yōu)的水平組合[18]。文中試圖通過正交試驗法科學(xué)分析激光清洗工藝參數(shù)的最優(yōu)化組合，這對工業(yè)激光除漆應(yīng)用中獲取最佳系統(tǒng)性工藝參數(shù)具有較大的指導(dǎo)意義。基于上述思路，文中使用波長為1 064 nm的光纖脈沖激光器，去除飛機蒙皮常用的2024鋁合金基體表面厚度為35 μm左右的環(huán)氧漆，通過正交試驗法改變激光功率、脈沖頻率和掃描速度等參數(shù)，并對除漆后的試樣表面微觀形貌、殘漆率、能譜和拉曼光譜進行分析，篩選出最優(yōu)除漆工藝，并分析脈沖激光除漆機理，為今后飛機蒙皮除漆工藝參數(shù)的確定提供參考。

1 實驗

1.1 激光除漆系統(tǒng)

脈沖光纖激光器除漆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該裝置主要由計算機控制系統(tǒng)、光纖激光器、振鏡、擴束鏡和樣品臺構(gòu)成。脈沖激光光束經(jīng)過透鏡會聚到樣品臺的樣品上，焦距為160 mm，聚焦光斑直徑約為20 μm，激光器波長為1 064 nm，最大平均功率為20 W，最大掃描速度為12 000 mm/s，脈沖寬度為110～140 ns，脈沖頻率為20～200 kHz。激光光斑可以通過振鏡的擺動在試樣表面實現(xiàn)定向高速移動，這里的激光以“弓”字形軌跡在試樣表面進行掃描，清洗區(qū)域尺寸為5 mm×5 mm。

圖1 脈沖光纖激光器除漆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 實驗材料與除漆方法

實驗基材選用2024航空鋁合金，其化學(xué)成分如表1所示。實驗基體尺寸為20 mm×50 mm×1.5 mm，經(jīng)阿洛丁表面處理、清洗后，噴涂厚度約為35 μm的環(huán)氧漆。環(huán)氧漆由環(huán)氧樹脂、體質(zhì)顏料和固化劑組成，漆層主要化學(xué)成分有碳、鈣、硅、氧和鈦等元素。噴涂后試樣表面和漆層截面掃描電鏡圖如圖2所示。

在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上，確定各水平的參數(shù)范圍，在同一鋁合金噴漆試樣表面根據(jù)表2中的正交試驗方法設(shè)計工藝參數(shù)進行除漆，工藝參數(shù)見表3，形成編號為H1—H9的除漆試樣。需要說明的是，試樣漆層在首次除漆過程中由于激光燒蝕效應(yīng)在試樣表面形成了黑色碳化層，為了提升除漆效果，后續(xù)實驗采用掃描速度800 mm/s、激光功率0.01 W、脈沖頻率50 kHz的除碳參數(shù)，利用激光熱振動效應(yīng)可將黑色碳化層完全去除。

1.3 微觀形貌表征

采用LEXT OLS4100型三維輪廓儀觀察除漆后試樣表面的三維形貌圖，測量范圍為1 280 μm×1 280 μm，物鏡倍率為10。采用TESCAN MIRA3型掃描電子顯微鏡和OXFORD X?MaxN型能譜儀對試樣進行微觀形貌和能譜分析。采用Renishaw MKI2000型拉曼光譜儀分析除漆前后環(huán)氧漆層官能團拉曼特征峰的變化情況。激發(fā)波長為632.8 nm，采用180°背散射收集。研究過程中使用的物鏡倍率為50，積分時間為20 s，積分次數(shù)為5，將激光功率控制在10 mW左右（測試過程中并沒發(fā)現(xiàn)因激光功率過高引起的樣品損害）。實驗所測殘漆率利用Image Pro Plus軟件對面積進行識別得到，綠色和黑色（燒蝕碳化的漆層）被識別為殘留漆層，亮色被識別為裸露的基底，計算綠色和黑色面積占總面積的百分比即為殘漆率。除漆率是亮色面積占總面積的百分比，因此殘漆率和除漆率為負關(guān)聯(lián)關(guān)系。

表1 2024航空鋁合金化學(xué)成分

Tab.1 Chemical composition of 2024 aviation aluminum alloy

圖2 噴漆試樣表面和斷面掃描電鏡圖

表2 三因素三水平正交試驗

Tab.2 Orthogonal test of three factors and three levels

表3 試樣除漆工藝參數(shù)

Tab.3 Paint removal process parameters

2 結(jié)果與分析

由表3得到的正交試驗測試結(jié)果見表4。正交試驗以掃描速度、激光功率和脈沖頻率為影響因素，以基體表面殘漆率為實驗結(jié)果。根據(jù)表4中各因素極差（Range，指各因素變化對殘漆率的影響幅度）分析結(jié)果可知，工藝參數(shù)對試樣除漆后殘漆率的影響順序為掃描速度＞激光功率＞脈沖頻率。掃描速度對殘漆率的影響較為明顯，主要表現(xiàn)在當掃描速度較小時，脈沖激光能量積累效應(yīng)更明顯，在激光作用下漆層的溫度迅速升高，達到了漆層的熔點、沸點，甚至燃點以上，此時表面覆蓋的漆層在激光燒蝕效應(yīng)的作用下逐漸減少[11]，可知激光燒蝕效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位；當掃描速度較大時，雖然激光燒蝕效應(yīng)減弱，但由于漆層與基底的熱膨脹系數(shù)不同，試樣接收到激光能量后使得2種材料的分界面處出現(xiàn)了溫度梯度，進而產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成熔化后的漆層被振動彈離基底，其中部分漆層會再沉積到基底表面，形成顆粒狀或細絲狀的殘余漆層，此時熱振動效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

表4 環(huán)氧漆涂層試樣正交試驗殘漆率結(jié)果

Tab.4 Results of residual paint rate of orthogonal test for epoxy paint coating samples

激光功率、掃描速度和脈沖頻率等3個因素對殘漆率的影響結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，當激光功率從3 W增加到5 W時，殘漆率的變化不太明顯；當激光功率增加到7 W時，漆層表面的燒蝕現(xiàn)象變得非常明顯，鋁合金基體開始出現(xiàn)大面積裸露，試樣的殘漆率明顯下降。這主要因為當激光光束能量超過漆層去除閾值后，隨著激光能量密度的提高，漆層吸收激光能量快速增加，溫度迅速上升至漆層燃點以上。實驗中看到了明顯的火花和煙霧，此時激光燒蝕效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。相關(guān)文獻指出，一方面激光功率不能低于漆層清洗閾值，但另一方面激光功率也不能超過基體損傷閾值，否則會對鋁合金基體產(chǎn)生不可逆的損傷[19]。通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，將激光器功率控制在7 W內(nèi)不會對試樣的鋁合金基體材料產(chǎn)生損傷。此外，從圖3中還可以看出，殘漆率隨著脈沖頻率的增加不斷上升。激光能量密度的計算見式（1）。

式中：為激光平均功率；為脈沖頻率；為聚焦到樣品上光斑的面積。

在激光平均功率固定的情況下，當脈沖頻率增大時，單個脈沖的時間變短，脈沖能量減小，激光能量密度隨之減小，導(dǎo)致激光燒蝕效應(yīng)減弱[20]，除漆效率會相應(yīng)降低。

圖3 三因素與殘漆率的關(guān)系

通過正交試驗結(jié)果分析，為了降低試樣除漆后的殘漆率，獲得了最佳的除漆工藝參數(shù)組合：A1+B3+ C1，即掃描速度60 mm/s、激光功率7 W，脈沖頻率20 kHz。根據(jù)正交試驗設(shè)計理論尋找的最優(yōu)參數(shù)組合未必一定出現(xiàn)在表4試驗組合中，因此試驗采用最優(yōu)參數(shù)進行除漆處理和進一步分析。除漆后微觀形貌如圖4所示，從圖4中看出帶劃痕紋理的鋁合金基體裸露出來，測得的表面殘漆率的平均值為0.02。

為了進一步驗證最優(yōu)工藝參數(shù)除漆后，在鋁合金基體表面只留有少部分殘漆，采用掃描電子顯微鏡觀察試樣表面的顯微組織結(jié)構(gòu)，并進行能譜掃描，結(jié)果如圖5—6所示。除漆后試樣表面存在類似于圖5中區(qū)域的大小不等的點狀顆粒物，初步判斷為環(huán)氧漆殘留。對區(qū)域進行能譜掃描，結(jié)果如圖6 a所示，可以看出此區(qū)域內(nèi)主要以鈣、氧、鈦、硅、碳和鋁等元素為主，除鋁元素外，其他均為環(huán)氧漆的主要組成元素。說明經(jīng)過激光除漆后仍有少部分未被燒蝕的環(huán)氧漆殘留物在試樣表面殘留。通過對其他區(qū)域（如圖5中處）進行能譜掃描，結(jié)果如圖6 b所示，可以發(fā)現(xiàn)此區(qū)域以鋁、碳、氧、鈦等元素為主，其中鋁元素的質(zhì)量分數(shù)約為79.5%，說明此區(qū)域為漆層完全去除區(qū)。從圖5可以看出，在除漆后試樣表面只存在少量的殘留漆顆粒，可以判斷此區(qū)域的環(huán)氧漆涂層基本去除干凈，與圖4的分析結(jié)果一致。

圖4 試樣除漆后表面微觀形貌

圖5 最優(yōu)參數(shù)除漆后試樣表面掃描電鏡圖

鋁合金基材在激光除漆后是否發(fā)生損傷也是清洗效果的重要評價指標。通過圖5掃描電鏡圖可以看到，除漆后即使不考慮點狀顆粒物殘留，暴露出來的基體表面也并不平整，對激光清洗后的鋁合金基體是否發(fā)生損傷無法準確判斷。前面提到此環(huán)氧漆層試樣在激光器功率控制在7 W以內(nèi)不會對基體材料產(chǎn)生損傷，為了對比說明使用最優(yōu)化參數(shù)清洗試樣對基材損傷程度很小，這里選取激光功率8 W（其他2個參數(shù)與最優(yōu)化工藝參數(shù)保持一致，即掃描速度60 mm/s，脈沖頻率20 kHz）清洗樣品，得到的掃描電鏡圖如圖7所示?？梢钥闯?，增加激光功率后試樣漆層基本完全被清洗干凈，但是鋁合金基底出現(xiàn)了大面積因激光連續(xù)燒蝕基體形成的清洗軌跡，基體的表面粗糙度明顯增加，分析判斷鋁合金基材存在一定程度的損傷。圖5所示試樣鋁合金表面除了有部分區(qū)域存在帶狀突起外，表面總體平整度良好，說明基體損傷程度不大。綜上所述，采用這里得出的納秒脈沖激光工藝參數(shù)可以有效去除鋁合金基體表面的環(huán)氧漆層，并且不會損傷基體。

圖6 采用最優(yōu)參數(shù)除漆后試樣的表面能譜圖

圖7 使用激光功率8 W除漆后試樣表面掃描電鏡圖

除漆前后試樣漆層的拉曼光譜測試結(jié)果如圖8所示，其中在443 cm?1和690 cm?1處分別為SiO2和TiO2納米顆粒對應(yīng)的拉曼特征峰[21-23]，可以看到在除漆試驗后這2個特征峰消失了。雖然這2種顆粒不會因為受到激光燒蝕作用而被分解，但在除漆過程中脈沖激光產(chǎn)生的熱振動效應(yīng)可使其從基體表面脫離，因此在除漆后的拉曼光譜圖中幾乎看不到這2種顆粒的特征峰。實驗所用環(huán)氧漆除包含SiO2和TiO2納米顆粒添加劑外，主要由2–庚酮C7H14O，苯酚與甲醛和縮水甘油醚的聚合物(C6H6O·CH2O)，甲苯C7H8，苯甲醇C7H8O，以及對叔丁基苯酚C10H14O等有機物組成。由圖8可知，在860、889、1 137、1 241、1 341、1 449、1 525、1 577 cm?1處拉曼特征峰主要以C—O單鍵、C—H單鍵和C—C單鍵的伸縮振動，C—C—H、O—C—H和C—C—O彎曲振動，CH3基團非對稱變形，CH2—的擺動等為主[24]。從除漆處理后的拉曼光譜圖可以看出，只有在1 355 cm?1和1 592 cm?1處存在2個非常微弱的拉曼特征峰，分別為sp3雜化結(jié)構(gòu)的碳原子產(chǎn)生的D峰和長鏈中sp2雜化結(jié)構(gòu)的碳原子產(chǎn)生的G峰，對應(yīng)活性炭的拉曼特征峰[25]。這說明漆層中大部分官能團化合鍵因激光燒蝕作用基本斷裂和重組，少部分漆層被燒蝕后形成主要以碳元素為主的碳化物殘留在試樣表面。在二次激光清洗處理后，這些碳化物受到熱振動效應(yīng)的作用基本從基體表面脫離[11]。二次清洗后樣品的拉曼譜在圖8中沒有體現(xiàn)，這是因為二次激光清洗后，樣品表面所形成的碳化物通過熱振動效應(yīng)從表面脫離后，樣品表面的鋁合金基底全部裸露出，而鋁合金中各金屬為原子結(jié)構(gòu)，不存在分子振動，沒有拉曼活性，在拉曼光譜中無任何特征峰。以上結(jié)果與除漆后能譜掃描分析結(jié)果基本一致，這也是環(huán)氧漆層被去除的有力證據(jù)。

圖8 除漆前后試樣的拉曼光譜

3 結(jié)論

1）對2024航空鋁合金基體環(huán)氧漆層進行激光除漆正交試驗研究，通過改變激光功率、脈沖頻率和掃描速度等參數(shù)，對除漆后的試樣表面微觀形貌、殘漆率、能譜和拉曼光譜進行了表征。研究以除漆后試樣表面的殘漆率為優(yōu)化指標，分析得出最優(yōu)的除漆工藝參數(shù)：掃描速度60 mm/s、激光功率7 W、脈沖頻率20 kHz。此納秒脈沖激光工藝參數(shù)可以有效去除鋁合金基體表面的環(huán)氧漆層，并且不會損傷基體。

2）研究發(fā)現(xiàn)，激光除漆工藝參數(shù)對試樣除漆后殘漆率的影響次序為掃描速度>激光功率>脈沖頻率。掃描速度對殘漆率的影響較為明顯的主要原因：當掃描速度較小時，脈沖激光能量積累效應(yīng)更明顯，激光作用漆層溫度迅速升高，漆層因吸收激光產(chǎn)生的高溫燒蝕效應(yīng)逐漸增強。當掃描速度較大時，燒蝕效應(yīng)雖然減弱，但由于漆層與基底的熱膨脹系數(shù)不同，會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而造成漆層受熱振動而彈離基底。

3）通過除漆前后拉曼光譜發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧漆各成分的大部分官能團的拉曼特征峰消失，只存在微弱的碳化物特征峰。試樣表面的環(huán)氧漆層在經(jīng)過激光燒蝕作用后生成了大量碳化物，在經(jīng)二次除碳處理后，碳化層受到激光熱振動效應(yīng)的作用也被基本去除。

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Technology and Mechanism of Nanosecond Pulse Laser Paint Removal of Aircraft Skin

1,2,1,3,1,1

(1. Sino-European Institute of Aviation Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China; 2. Tianjin Liangyi Technology Co., Ltd., Tianjin 300100, China; 3. College of Artificial Intelligence, Nankai University, Tianjin 300071, China)

Researches on laser paint removal mainly focus on the influence of laser energy density, scanning speed, pulse frequency and scanning times on paint removal effect and substrate performance. Although the best paint removal parameters are finally determined, there are some contingencies in the selection of paint removal research parameters. Orthogonal test method is a design method to study multi-factor and multi-level. It selects some representative level combinations from the comprehensive experiment according to Galois theory, and analyzes the results to find out the optimal level combination. In this study, a fiber pulse laser with a wavelength of 1 064 nm was used to remove about 35 μm thick epoxy paint on the surface of 2024 aluminum alloy substrate, which is commonly used in aircraft skin. The optimum process parameters of nanosecond pulse laser removal of epoxy paint on 2024 aviation aluminum alloy substrate were scientifically analyzed and found by orthogonal test. The micro morphology and residual paint rate of the sample surface after paint removal were analyzed by changing the parameters such as laser power, pulse frequency and scanning speed, combined with three-dimensional profilometer and scanning electron microscope. At the same time, in order to study the mechanism of laser paint removal, the composition changes of epoxy paint layer before and after paint removal were analyzed by energy spectrometer and Raman spectrometer. It is found that the main order of the influence of laser paint removal process parameters on the residual paint rate after paint removal is: scanning speed, laser power and then pulse frequency. The effect of scanning speed on the residual paint rate is obvious. When the scanning speed is low, the energy accumulation effect of pulsed laser is more obvious, the temperature of paint layer increases rapidly under the action of laser, and the high-temperature ablation effect of paint layer due to laser absorption increases gradually. When the scanning speed is high, the ablation effect is weakened, but due to the different coefficient of thermal expansion between the paint layer and the substrate, thermal stress is generated between them, resulting in the paint layer bouncing off the substrate due to thermal vibration. Taking the residual paint rate as the optimization index, the best combination of paint removal process parameters is obtained as follows: scanning speed of 60 mm/s, laser power of 7 W and pulse frequency of 20 kHz. The average value of residual paint rate on the surface of the sample is 0.02. By selecting appropriate process parameters, nanosecond pulse laser can effectively remove the epoxy coating on the surface of aluminum alloy matrix without damaging the matrix. The paint removal mechanism is mainly laser ablation effect and thermal vibration effect. By comparing the Raman spectra before and after paint removal, it is found that the Raman characteristic peaks of most functional groups in the components of epoxy paint disappear, and there are only weak carbide characteristic peaks. After laser ablation, a large number of carbides are formed in the epoxy paint layer on the sample surface. After the secondary carbon removal treatment, the carbides are basically removed by the effect of laser thermal vibration. This study can provide a reference for the determination of paint removal process parameters of aircraft skin in the future.

nanosecond pulsed laser; paint removal; orthogonal test method; surface morphology; residual paint rate; process parameters optimization

TN249

A

1001-3660(2022)07-0370-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.037

2021–08–21；

2022–03–14

2021-08-21；

2022-03-14

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金（ZXH2011C013）

Fundamental Research Funds for the Central Universities (ZXH2011C013)

秦哲（1981—），男，博士，講師，主要研究方向為光子學(xué)與技術(shù)。

QIN Zhe (1981-), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: photonics and technology.

王斌（1980—），男，博士，講師，主要研究方向為固體光譜學(xué)。

WANG Bin (1980-), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: solid state spectroscopy.

秦哲, 高謙, 王斌, 等. 飛機蒙皮納秒脈沖激光除漆工藝與機理研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 370-376.

QIN Zhe, GAO Qian, WANG Bin, et al. Technology and Mechanism of Nanosecond Pulse Laser Paint Removal of Aircraft Skin[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 370-376.

責任編輯：彭颋