超景深显微镜应用：碳钢表面激光除漆试验的微观形貌表征

碳钢硬度高、易加工，常用作电器仪器外壳，但易氧化生锈，故涂氨基漆提升耐腐蚀性与外观。回收时需除漆，而氨基漆膜坚韧、附着力强，传统机械、高温分解、脱漆剂除漆法均有局限。激光除漆能可控去漆且不损基材，简单高效。光子湾科技超景深显微镜在材料微观观测与评估中表现优异，可为高端领域工艺优化提供支撑。本文以碳钢氨基漆激光除漆为对象，结合超景深显微镜观测技术，通过正交试验优化参数，旨在为工程应用提供数据支撑。

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实验设备与材料

试验采用纳秒光纤激光清洗系统，由双轴振镜系统、红光定位系统等组成，激光波长 1064 nm，最高输出功率 100 W，出光频率 20~500 kHz，清洗速率最高 7000 mm/s，脉冲宽度 20~300 ns，激光线宽 3.98 nm。试样为双面涂氨基漆的碳钢电器外观件，基材厚度 1.5 mm，漆膜平均厚度 86.42 μm（漆膜厚度仪测得），观测采用超景深显微镜与三维轮廓仪。

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实验方法

激光除漆效果受激光能量密度（激光功率、脉冲宽度决定）与光斑搭接率（扫描速率、脉冲频率、扫描间距决定）影响，故确定5 个核心工艺参数。通过单因素试验确定各参数合理取值范围后，设计五因素五水平正交试验（共25 组）。试验完成后，用超景深显微镜观测表面形貌，三维轮廓仪测粗糙度与轮廓；按基底显露程度、残余漆层厚度、表面光整度将试样划分为X + 至 Z−共 9 个等级（90~10 分，梯度 10 分），采用极差分析法分析结果，确定最优参数与各参数影响程度。

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实验结果

1. 正交试验结果与极差分析

试验方案与结果评估

25 组试验评分（K_i）范围 10~90 分，最高为试验 11（90 分）。通过极差分析（K_ij 为因素 j 水平分值和，R_i 为极差）得出：各参数对除漆质量影响排序为扫描间距（R_i=40）＞激光功率（R_i=32）＞扫描速率（R_i=24）＞脉冲频率（R_i=18）＞脉冲宽度（R_i=14）。最优参数组合为扫描速率200 mm/s（A₁）、激光频率 250 kHz（B₅）、激光功率 90 W（C₅）、脉冲宽度 0.2 μs（D₃）、扫描间距 0.04 mm（E₁），其理论评分为102.4，显著高于试验最高值90 分。

2.表面形貌分析

激光除漆后试样表面的微观形貌

选取最优参数组（试样Ⅰ）、正交试验高分组（试验 1、5、12，对应试样 Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ）及低分组（试验 18，对应试样 Ⅴ），用超景深显微镜在50 倍、100 倍下观测。50 倍下，仅试样 Ⅰ 漆层清除干净、基底呈银白色，其余试样均有漆层残留且显扫描纹路（银灰色）；100 倍下，试样 Ⅰ 无明显残留，试样 Ⅱ 因颗粒凸起显凹凸，试样Ⅲ、Ⅳ 残留漆层条纹明显，试样 Ⅴ 残留大量漆层。结果验证最优参数除漆效果最优，扫描间距增大、扫描速率升高或激光功率降低均会劣化除漆效果。

3.三维轮廓分析

不同试样激光清洗后的三维轮廓

三维轮廓仪分析显示：试样Ⅰ 红 / 蓝色高亮区域少（高于 / 低于基准面区域少），表面接近基准面，粗糙度 1.325 μm；试样 Ⅱ（功率不足）表面整体升高，粗糙度 2.239 μm；试样 Ⅲ（扫描间距大）边缘红色区域亮、中心下凹，粗糙度 2.624 μm；试样 Ⅳ（扫描速率大）局部红色高峰，粗糙度 1.624 μm；试样 Ⅴ（速率高 + 功率低）整体高度升高，粗糙度 7.697 μm。进一步证实最优参数组试样表面最平整、除漆效果最佳。

综上，碳钢氨基漆激光除漆中，各工艺参数影响从大到小为：扫描间距、激光功率、扫描速率、脉冲频率、脉冲宽度。扫描间距过大会留下扫描轨迹和漆层残留，激光功率过低或扫描速率过高则能量不足，导致试样表面呈银灰色。最优除漆参数为：扫描速率200mm/s、激光频率 250kHz、激光功率 90W、脉冲宽度 0.2μs、扫描间距 0.04mm。此参数下漆层基本清除、基底清晰，表面平整且粗糙度低至1.325μm；其他参数会使试样表面出现高低差并残留漆层。超景深显微镜提供了精准三维形貌数据，其在材料表面评估的优势，可助力相关行业工艺升级与质量管控。

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光子湾超景深显微镜

光子湾超景深显微镜用于对各种精密器件及材料表面进行亚微米级三维轮廓测量的检测仪器。与传统的光学显微镜不同，该设备拥有更大的景深、更广的视野、更高的放大倍率、更全的观测角度，足以应对各种极具挑战的观测场景。

超清数字成像器件，3840*2160 800W像素超高速实时传输

多种HDR技术结合运用，实现亮区暗区真实呈现

先进的远心光学系统设计，保证真彩与锐利、低畸变图像质量

光子湾超景深显微镜以大景深、三位量化、无损高效的特点，可精准观测被摄物体的三维轮廓，为工艺优化提供数据支撑，是提升工艺质量从经验判断到数据驱动的关键一步。未来，光子湾科技将持续深化对超景深显微镜技术的研究与应用，助力高端制造领域的材料研发。

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原文参考：《碳钢表面激光除漆的正交试验优化》

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