激光能量密度阈值（激光清洗中激光能量密度对7075铝合金表面物理特性和耐蚀性的影响）

江苏激光联盟导读：

本文探讨了采用脉冲激光清洗技术去除7075铝合金表面氧化膜的方法。

摘要

本文采用脉冲激光清洗技术去除7075铝合金表面的氧化膜。分析了不同激光能量密度对7075铝合金表面形貌、表面成分、显微硬度和耐蚀性的影响。研究了激光清洗7075铝合金表面氧化膜的去除机理。结果表明，激光清洗7075铝合金氧化膜主要基于气化机理和爆炸产生的冲击波。激光清洗后，7075铝合金表面显微硬度从158.5HV提高到171.9HV。激光去除铝合金表面的氧化膜后，表面的耐蚀性降低，表面熔化也会影响清洗后表面的耐蚀性。在本研究中，当能量密度在1.43 J/cm2到1.82 J/cm2范围内时，氧化膜可以在很大程度上被去除，而不会损坏基板。同时，尽可能保证表面的耐腐蚀性。在本研究中，当能量密度达到1.82 J/cm2时，清洁表面上的氧气质量百分比降低至2.03%，显微硬度为167.7HV。

1.介绍

7075铝合金作为一种Al·Zn·Mg·Cu系列强化铝合金，因其强度高、机械性能好、耐腐蚀、耐低温等优点，常被用于制造飞机结构和零部件。然而，暴露在大气中的铝合金表面会形成一层天然氧化膜，在某些情况下需要去除。例如，焊接前清除氧化膜可以显著减少焊接过程中的氢孔，提高焊缝的强度和韧性。在高速铁路维修过程中，为了保证铝合金轴箱的使用寿命，需要去除氧化膜。在基于铝合金的电镀工艺之前去除氧化膜可以提高涂层的结合强度。

在工业上，激光清洗技术已应用于文物去污、焊前清洗、零件脱漆和金属除锈等领域。虽然传统的物理清洗和化学清洗方法目前仍被广泛使用，但它们存在精度差、对基板表面损伤严重、清洗效率低和环境污染等问题。因此，具有高精度、高自动化、绿色环保等优点的激光清洗技术正在逐步取代传统的清洗技术。

R.Rechner发现，使用Nd:YAG纳秒光纤激光器可以有效去除铝合金表面可见的有机和无机污染物。在本研究中，清洗后的某些表面发生熔化和热氧化。Z.Tian使用IPG纳秒光纤激光器清洁表面含有天然海洋生物膜污染物的铝合金板，发现激光烧蚀是主要的去除机制。然而，高激光能量密度会对清洁的基板造成损坏，并可能在清洁表面上形成纳米结构的氧化层。X.S.Jia使用声光调Q纳秒脉冲激光去除镀铬模具中的橡胶污染物。当激光能量密度为0.97j/cm2时，橡胶层的去除机理包括气化、弹力剥离和热弹性膨胀。在这个能量密度下，基板没有损坏。G.D.Zhu研究了飞机蒙皮表面的BMS10-11底漆经传统物理清洗和激光清洗后，清洗表面的微动摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的变化。当激光能量密度为5J/cm2时，覆铝层不会烧穿并对基体造成损伤。

没有证据表明，经过分别1000小时和2000小时的盐雾试验后，大气压等离子体预处理提高了EPD钝化拉伸剪切试样的强度。测量的强度值与参考样品的强度值大致相同。另一方面，EPD钝化试样在激光预处理和盐雾老化后显示出更好的强度值。这里获得的强度值分别比测量的参考值高26%和15%。对于没有保护性EPD涂层的样品，等离子体和激光预处理的效果特别明显，这些涂层也在盐雾室中经过实验室老化1000小时。虽然参考样品在老化后只有残余强度，但AP等离子体和激光预处理给出了明显更高的值。

故障模式

由于粘合剂的内聚失效，所有未老化的拉伸剪切试样都失败（上图）。老化后，粘合剂失效开始普遍存在，并根据老化过程的持续时间和强度而增加。耐老化性取决于所选的表面预处理类型。大气压等离子体预处理和激光预处理都显示出明显的改善。经过1000小时的盐雾测试，参考试样在整个粘合区域的一侧显示粘合失效。然而，等离子体预处理试样的粘合接头在两侧交替显示粘合失效，激光预处理试样仅沿边缘显示粘合失效。因此，相关的失效模式证实了强度测量的结果。

此外，与传统的物理清洗相比，该激光能量密度不会降低飞机蒙皮表面的耐腐蚀性和铆钉孔的微动疲劳磨损性能。根据G.D.Zhang的研究，证明了在激光清洗过程中，改变激光能量密度和光斑重叠率可以影响5754铝合金的表面粗糙度。研究发现，随着光斑重叠的增加，表面粗糙度先增大后减小。F.D.Zhang研究了激光清洗后AA7024铝合金表面氧化层的成分变化。他们发现，当激光能量密度为7.1 J/cm2时，AA7024铝合金表面由MgO MgAl2O4组成的原始氧化层被去除，但形成了由Al2O3 MgO组成的新氧化层。T.Dimogerontakis利用Nd:YAG脉冲激光对铝镁合金进行激光清洗实验。

分析了激光清洗过程中瞬时热氧化的机理，研究了激光能量密度与氧化膜厚度的关系。研究发现，随着激光能量密度的增加，激光清洗过程中形成的氧化膜变厚。Alshaer在焊接前使用100 ns Nd:YAG激光器清洁4043和AC-170O4PX铝合金板。研究发现，激光清洗可以有效地去除材料表面的大部分涂层、润滑剂、污染层和氧化层，从而减少焊接接头中的气孔。结果还表明，激光清洗过程是基于烧蚀的。

以往的研究表明，在激光清洗过程中，不同的激光能量密度对清洗表面的表面特性有不同的影响。目前，激光清洗7075铝合金的研究很少。因此，本文采用IPG脉冲光纤激光器对7075铝合金表面的氧化膜进行了清洗。研究了激光能量密度对7075铝合金氧化膜去除、表面形貌、表面成分和表面显微硬度的影响。7075铝合金通常用于制造飞机零件。对于在沿海环境中服役的飞机而言，飞机部件通常会受到海洋大气环境的腐蚀。因此，本文还研究了激光清洗去除氧化膜对7075铝合金表面耐蚀性的影响。

2.实验材料和方法

2.1. 实验材料的制备与处理

实验材料为商用7075铝合金板，厚度为3mm。所用7075铝合金的元素质量分数如表1所示。采用线切割机对45mm×35mm×3mm的7075铝合金块体进行切割。然后将它们放入超声波清洗设备中，用无水乙醇清洗。之后，在室温下自然干燥。通过X射线衍射（XRD）检测激光清洗前铝板的表面相，如图1所示。从图中可以看出，激光清洗前7075铝合金表面的氧化层主要由MgAl2O4、MgO和Al2O3组成。

表1 7075Al合金的标称化学成分（重量%）。

图1激光清洗前7075样品表面的XRD图案。

2.2. 激光清洗实验

激光能量密度是激光清洗的主要因素之一。在本研究中，激光清洗的激光能量密度ε范围为1.04 ∼ 2.60 J/cm2.此外，实际实验中能量密度存在误差，误差结果ΔN已见表2。

表 2 激光清洗工艺参数。

激光清洗实验平台如图2所示，其中使用了IPG脉冲光纤激光器。振镜光斑的扫描速度、方向和重叠比由波长为1064nm的振镜控制。移动光斑的清洗速度、方向和重叠率由振镜和配备激光头的机械臂控制。移动光斑的清洗速度、方向和重叠率由振镜和配备激光头的机械臂控制。点扫描模式和清洗表面的原始微观结构如图3所示。可以看出，7075铝合金的原始表面具有致密的带状氧化膜和条纹缺陷。在铝合金的制造过程中发生了条纹缺陷。

图 2 激光清洗实验平台。

图 3 7075铝合金的原始表面形貌。（a）激光光斑的扫描路径;（b）原始表面的微观形态。

2.3. 表面分析实验

使用超景深三维显微镜（VHX-5000，基恩士，日本）观察了激光清洗前后7075铝合金的表面形貌。通过扫描电子显微镜观察激光清洗后7075铝合金的表面微观结构（S-3400 N，日立，日本）。通过能量色散光谱仪和X射线衍射获得了激光清洗前后7075铝合金表面化学元素和成分的变化（Aeris，Malvern Panalytical，荷兰）。X射线衍射的X射线源是Cu靶射线。衍射角2θ保持在20°至80°，步长为0.02°，每步长为99.45 s。激光清洗前后的样品显微硬度通过数字微维氏显微硬度计（HVS-1000A，Sida，中国）测量。测量方法是取每个样品的三个不同点的显微硬度，并计算其平均显微硬度。使用的负载为500 g。

暴露20年的alclad 7075和1050的横截面图：（a和b）：北京试验场的alclad 7075正面和背面。（c和d）：万宁试验场alclad 7075的正面和背面。（e和f）：江津试验场alclad 7075的正面和背面。（g）万宁试验场1050的背面。（h）江津试验场1050的正面。

使用光学显微镜分析alclad 2024和7075的横截面形态，发现alclad 7075的腐蚀比alclad 2024严重得多，因为alclad 7075上的基板和覆层之间存在更大的电位差。上图显示了在试验现场暴露20年的alclad 7075的横截面图。在北京试验场，即使经过20年的风化，正面和背面的覆层几乎保持完整，背面比正面更规则（图a和b）。在万宁试验场，正面覆层上出现了几个离散的较深坑（图c）。在背面，白色较厚腐蚀产物下的一些深坑已发展成一个大面积坑，并在该坑底部留下一层薄薄的覆层（图d）。在江津试验场，正面水泡下也有深坑。同样，留下了一层薄薄的包层（图e）。在微观层面上，覆层背面变得不均匀，而在宏观层面上，试样呈现出均匀的腐蚀。图g和h显示了在万宁和江津试验场暴露20年的纯铝1050（对比试验）的横截面。1050的化学成分与包层（7072）的化学成分相似。显然，在万宁和江津试验场，1050的坑深分别达到550μm和250μm。此外，这些凹坑的横截面形状是垂直的，这不同于这些相同试验地点相同表面上的包铝中宽而浅的凹坑。

2.4. 中性盐雾实验

海洋大气中有很多氯化物。这些氯化物和潮湿的环境是金属点蚀和开裂的主要原因。而盐雾腐蚀室可以模拟这样的环境。因此，本文采用中性盐雾实验来模拟海洋大气环境，探讨激光清洗前后铝合金表面的耐腐蚀性。在中性盐雾实验中，使用PH为6.5∼7.2，质量分数为5%的NaCl溶液。环境温度为35±2°C，实验周期为24 h。在实验之前，对样品的质量进行三次称重，并计算出平均质量。之后，将样品的切割面和非实验表面涂上PE保护膜，并记录实验表面的暴露区域。实验结束后，用流动水清洁腐蚀的样品表面并用鼓风机干燥。采用扫描电子显微镜（SEM）和EDS（能量色散光谱仪）对腐蚀形貌和腐蚀产物进行了观察和分析。根据ISO 8407：2009去除样品表面上的腐蚀产物后，对其进行称重并计算腐蚀速率。最后，用超景深三维显微镜测量腐蚀坑的深度。

3. 结果和讨论

3.1. 激光清洗对清洗表面的影响

7075铝合金在激光清洗后的表面形貌与不同的激光能量密度如图4（a）所示。随着能量密度增加到1.82 J/cm2，清除清洁表面上的大多数亮白色物质。当能量密度大于或等于2.21 J/cm时2，从区域1和2可以看出，清洁表面上出现白色裂缝。原因是激光能量密度过高，一些清洗区域的热量积聚效应明显。这种基板损坏的现象是由7075铝合金基体表面的熔化和气化引起的。

图 4 不同激光能量密度下的清洗表面形貌。

清洗表面的温度与激光能量密度呈正相关。随着激光能量密度的增加，清洗表面的温度升高。7075铝合金基体的熔点远低于表3中其氧化层的熔点，铝合金的天然氧化膜厚度一般只有亚微米级。激光照射清洗表面后，约5%∼10%的激光能量将被氧化层吸收，6%∼20%的剩余激光能量将被7075铝合金基体的表面吸收。因此，当激光能量密度达到2.21 J/cm 2时虽然氧化层会被大量去除，但铝合金基体的表面温度会首先达到自己的熔点，基体在激光清洗过程中会熔化甚至气化。但是，因为Al2O3并不是7075铝合金氧化层中唯一的成分，铝合金的元素成分和表面粗糙度也不同，因此上述激光能量吸收率只能作为理论参考。

表 3.其表面的熔点为7075铝合金和三种氧化物。

为了分析不同激光能量密度值对清洗表面微形貌的影响，采用SEM进一步研究了清洗后7075铝合金的微表面。可以看出，铝合金清洗表面出现孔洞，条纹缺陷明显减少，如图5（a）所示，证明激光清洗可以有效去除铝合金表面的条纹缺陷。当激光能量密度达到1.43 J/cm2时，如图5（b）所示的清洁表面上出现大量孔洞和剥落的氧化膜碎片。在铝合金成形过程中，各种气体不可避免地会溶解到铝基体中或存在于铝合金的氧化膜上瞬时氧化，氢气占铝合金中气体成分的60%∼90%。因此，在1.43J/cm2的能量密度下，空穴的出现主要是由于原存在于氧化膜中的氢气沉淀和条纹缺陷造成的。

片状氧化膜碎片的出现表明，在激光清洗氧化膜的过程中，不仅存在气化机理，而且存在爆炸机理。由于空气和水的爆炸条纹缺陷，爆炸产生的冲击波会破坏附近的氧化膜，这使得部分氧化膜克服了氧化膜与基板之间的粘附，使其从基板表面剥落。图5（c）显示了7075铝合金在1.82 J/cm2激光能量密度下清洗后的微观形貌。此时，条纹缺陷基本消失，表面变得光滑。在7075铝合金基体上没有明显的损坏现象。但是，从图5（d），图5（e）和图5（f）可以看出，清洁后的表面呈现波浪形貌，这意味着当激光能量密度大于或等于2.21 J / cm时2，7075铝合金基体表面会出现熔化现象。这是因为每单位面积激光器的一部分用于去除表面氧化膜，但激光的其余部分被基板吸收。基板吸收激光能量，表面温度升高，最终超过基板的熔点，导致材料在基板表面熔化。

图 5 激光清洗后7075铝合金的表面形貌。

同时在脉冲激光的冲击下，熔融表面材料分散，激光引起的基板表面温升是瞬间的。因此，分散的熔融表面材料会瞬间冷却和凝固，从而形成波浪形貌。此外，从图5（d）可以看出，清洁表面上的孔径大于图5（b）和（c）中的孔径。当基体熔化时，溶解在铝合金基体中的大量氢气也开始沉淀，导致在图5（d）中的能量密度下表面孔径更大。同样，从图5（e）可以看出，在2.60 J/cm的激光能量密度下2，基板表面也随着烧蚀坑的出现而融化。此时的激光能量足以使基板表面的熔融材料在填充部分孔[31]后凝固。图5（e）中基板表面的孔径小于图5（d）中的孔径。

3.2. 激光清洗后的表面成分分析

为了进一步分析激光能量密度对7075铝合金表面氧化膜清洗效果的影响，对激光清洗前后的样品组分进行了分析。图6（a）和（b）显示了激光清洗前后铝和氧在表面上质量百分比的变化趋势。可以看出，激光清洗后，铝的含量增加，氧气的含量降低。这意味着清洁表面上的氧化膜被去除，基板的暴露面积增加。随着激光能量密度的增加，铝含量首先增加，然后减少，最后增加。然而，随着激光能量密度的增加，氧含量首先降低，然后增加，最后减少。根据氧含量的变化，可以认为亮白色物质是3.1中提到的氧化膜。

图 6.用不同的激光能量密度清洗后，7075铝合金表面铝含量和氧含量的变化。

从图6（a）和（b）可以看出，当能量密度从0 J/cm2增加至 1.82 J/ cm2时，清洁表面上氧气的质量百分比从3.19%下降到1.16%，铝的质量百分比从68.72%增加到76.12%。这证明，适当的激光能量密度可以有效地清洁7075铝合金表面的氧化膜，从而增加铝合金基体的暴露面积。但是当能量密度继续增加到2.21 J / cm2时，氧气的质量百分比再次增加到1.35%。结合以上分析，可以得出结论，在2.21 J/cm2以下，清洗表面的热量积聚效果显著。密度下 2.21 J/cm2，不仅有足够的激光能量去除氧化膜，而且有足够的激光能量照射基板的表面，这使得基板的表面温度上升并超过基板的熔点。

结果，基板表面的材料熔化并与空气中的氧气接触，形成新的氧化物。而剩余的激光能量不足以去除新形成的氧化物，导致氧含量再次增加。激光能量密度为1.82 J/ cm2和 2.60 J/ cm2时氧的质量百分比分别为1.16%和1.11%，铝的质量百分比分别为76.12%和77.07%。结果表明，激光清洗氧化膜在两种激光能量密度下效果相似，能量密度为2.60 J/cm2时，由于激光能量较大，清洗表面氧含量降低。激光能量密度为2.60 J/cm2时，热氧化产生的氧化膜再次被去除，铝合金基体的暴露面积再次增加。

结合以上分析，可以得出结论，当激光能量密度在1.43 J/cm2 至 1.82 J/ cm2范围内时，铝合金表面的氧化膜可以大大去除，基体不会熔化。当能量密度为1.82 J/cm2时，氧气的质量百分比降低2.03%。图7显示了激光能量密度清洗前后的表面元素含量。可以看出，激光清洗后，7075铝合金表面的碳含量和氧含量大大降低，但铝含量却大大增加。

图 7 7075铝合金表面激光清洗前后的EDS。（a） ε = 0 J/cm2;（b） ε =1.82 J/cm2.

为了分析激光清洗过程中铝合金表面氧化物具体成分的变化，对激光清洗前后的表面进行了相位分析。图8显示了用不同激光能量密度清洁的表面的XRD图案。对比图1可以看出，在激光能量密度为1.04 J/cm2、1.43 J/cm2和1.82 J/cm2时，清洗后铝合金表面的MgO和Al2O3峰基本消失。实验还证明，脉冲激光可以有效去除7075铝合金表面的氧化物。当激光密度为2.21 J/cm2时，氧化铝又出现了峰值，且这里的峰值强度比1.82 J/cm2时的清洗后的峰值强度要强。基于上述分析可以发现，在2.21 J/cm2激光能量密度下，清洗表面发生二次氧化，空气中的氧气与熔融基体中的Mg和Al结合，形成新的MgO和Al2O3氧化物。热氧化原理如图9所示。当激光能量密度为2.60 J/cm2时，MgO和Al2O3的峰值强度降低。这些现象与上面的分析是一样的。

图 8.激光清洗后7075铝合金表面的XRD图案。

图 9 激光清洗后7075铝合金的热氧化原理。

3.3. 显微硬度

图10（a）是显微硬度压痕位置和三个测试点的位置关系。图10（b）显示了7075铝合金在激光清洗前后的表面显微硬度变化。从图10（b）可以看出，经过不同的激光能量密度清洗后，清洗后的表面显微硬度一般都有所提高。当表面被脉冲激光清洁时，基板将吸收部分激光能量，并由于图11所示的薄氧化膜而产生高温和高压等离子体。然而，这些等离子体受到尚未完全去除的氧化膜的限制。它们在吸收更多的激光能量后爆炸，导致冲击波。此外，在去除条纹缺陷时，空气和水的爆炸也会产生冲击波。在两次冲击波的共同作用下，清洗表面发生塑性变形，清洗面上的晶粒细化。同时，在激光照射下会出现瞬时温升，被清洗表面的扫描速度更快，导致被清洗表面瞬间产生较大的温差。这导致在清洁表面出现马氏体相。以上两种分析都是清洗后表面显微硬度提高的原因。激光清洗过程中，7075铝合金表面会发生激光冲击强化。

图 10 （a）显微硬度压痕和测试点位置;（b）激光清洗前后显微硬度值的变化。

图 11 激光冲击强化示意图。

3.4. 腐蚀行为

暴露在海洋大气中的铝合金容易受到盐雾腐蚀，铝合金表面的氧化膜会起到保护作用。结合表4和图12（a），发现未洁净表面没有腐蚀坑，但有小而致密的腐蚀产物，主要由O、Al和Cu组成。激光清洗后，去除铝合金表面的大量钝化保护氧化膜。清洁表面上出现一个大的腐蚀坑，并在图12（b）所示的腐蚀坑周围产生一大块产品。腐蚀产物的主要成分有O、Mg、Al和Zn。Cl的存在也表明盐雾中的Cl在腐蚀过程中会粘附在腐蚀产物上。

表 4 通过EDS分析的腐蚀产物的元素含量。

图12 7075铝合金盐雾腐蚀产品。(一)未清洁表面;(b)激光清洗表面。

根据以上分析，当激光能量密度大于1.82 J/cm2时，清洗表面出现热氧化和熔化现象。因此，本部分研究这些现象对清洁表面耐腐蚀性的影响。可以看出，在盐雾腐蚀24小时后，用三种不同的激光能量密度清洁的表面上出现腐蚀坑，但腐蚀坑的形态在图13中有所不同。如图13（a）-（c）所示，激光能量密度为1.82 J/cm2和2.60 J/cm2清洗后，表面腐蚀坑出现明显的分层现象，但在激光能量密度为2.21 J/cm2时，没有出现分层现象。由于缺乏氧化膜保护，盐雾渗透到暴露的铝合金基体中，腐蚀坑中出现裂纹，并在基体中积聚，加剧了腐蚀过程。在图13（a1）（a2）所示的1.82 J/cm2激光能量密度下清洗的表面腐蚀坑中出现了深腐蚀孔和点蚀表面。在2.21 J/cm2的能量密度下清洗后，表面出现腐蚀坑和腐蚀裂纹，但图13（b1）（b2）所示的腐蚀坑中未出现深腐蚀孔。进一步证明，在2.21 J/cm2的激光能量密度下，清洗后的表面耐蚀性得到了提高。

图13 不同激光能量密度清洗后的腐蚀表面形貌。（a）ε=1.82 J/cm2；（b）ε=2.21 J/cm2；（c）ε=2.60 J/cm2。

当能量密度继续增加到2.60 J/cm2时，可以看出腐蚀溶液沿着腐蚀裂纹流动，并沿着图13（c1）（c2）所示的裂纹渗透到基体中。根据上述分析，当激光能量密度从1.82 J/ cm2增加时至 2.21 J/ cm2，新形成的MgO和Al2O3表面的氧化层阻碍了盐雾与7075铝合金基体之间的直接接触，提高了被清洁表面的耐腐蚀性。但是，过高的能量密度会去除新产生的氧化膜，熔融不平的表面也容易使盐雾溶液积聚在表面，使被清洁表面的耐腐蚀性再次降低。

从图14可以看出，腐蚀坑的深度和腐蚀速率随着激光能量密度的增加而先增加，然后减小，最后增加。结合前面的分析，可以得出结论，在激光能量密度从0 J/cm2增加至 1.82 J/ cm2，7075铝合金表面的大量氧化膜被去除，使得基体表面逐渐暴露出来。由于氧化膜失去钝化保护，铝合金基体与盐雾之间的直接接触加速了电化学反应，导致越来越明显的腐蚀。在1.82 J/ cm2的能量密度下，腐蚀坑的深度为2.41μm，腐蚀速率为0.0655 g/mm2·h.然后能量密度达到2.21 J / cm2，腐蚀坑深度降至0.56μm，腐蚀速率降至0.0436 g/mm2·h.此外，当能量密度继续增加到2.60 J / cm2时2，腐蚀坑的深度再次增加到2.50μm，腐蚀速率再次增加到0.0791 g/mm2·h。

图 14 （a）盐雾腐蚀24小时后铝合金表面腐蚀坑的深度;（b）铝合金表面的腐蚀速率。

因此，可以得出结论，在激光清洗中，不同的激光能量密度会对清洗表面的腐蚀行为产生不同的影响。氧化膜的去除程度是影响清洗表面耐蚀性的重要因素，清洗表面的热氧化和熔化现象也影响清洗表面的耐蚀性。当激光能量密度为2.60 J/cm2时，尽管清洁后表面的氧含量低于1.82 J / cm2，清洁表面上的腐蚀坑更深，腐蚀速度更快。因此，它表明当激光能量密度为1.82 J /cm2时，激光不仅可以去除7075铝合金表面上更多的氧化膜，还可以尽可能地保证清洁表面的耐腐蚀性。

4. 结论

通过对7075铝合金表面氧化膜进行激光清洗试验，研究了激光能量密度对7075铝合金表面形貌、表面元素组成、表面显微硬度和表面耐蚀性的影响。研究结论如下：

(1)在这项研究中，当能量密度在1.43 J/cm2~1.82 J/cm2范围内时，原始氧化膜被大量去除，基体不会熔化。同时，尽可能保证清洁表面的耐腐蚀性。以1.82 J/cm2的能量密度清洗后，7075铝合金表面的氧质量百分比可降低2.03%。

(2)在激光清洗中，等离子体爆炸产生的冲击波和条纹缺陷中空气和水爆炸产生的冲击波对清洗表面具有冲击强化作用。这使得7075铝合金的表面显微硬度提高了5.62%，达到8.45%。

(3)IPG脉冲光纤激光器可以有效去除7075铝合金上的氧化膜和表面条纹缺陷。氧化膜的去除主要基于气化机理和爆炸产生的冲击波。当激光能量密度大于或等于2.21 J/cm2时，会发生熔化。

(4)激光清洗后，铝合金表面的钝化保护氧化膜被去除，导致清洗表面出现大的腐蚀坑和腐蚀产物。腐蚀产物的主要成分有O、Mg、Al和Zn。激光清洗中的熔化现象会使清洗表面的耐腐蚀性变差。

来源：Effect of laser energy density on surfacephysical characteristics and corrosion resistance of 7075 aluminum alloy inlaser cleaning，Optics & Laser Technology，doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107742

参考文献：R.M. Su, Y.D. Qu, R.D. Li, J.H. YouInfluence of RRA treatment on the microstructure and stress corrosion cracking behavior of the spray-formed 7075 alloyMater. Sci., 51 (3) (2015), pp. 372-380, 10.1007/s11003-015-9851-7

江苏激光联盟陈长军原创作品！

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