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顿磊:激光除锈多领域的发展历程

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当 1064nm 波长的激光束扫过锈蚀的钢铁表面,锈迹瞬间剥离而基材完好无损;在故宫灵沼轩的修缮现场,双波长激光精准清除石质文物的污染物,千年古迹重现真容 —— 这就是激光除锈技术的魅力。作为一种非接触式、环保型的新型清洁技术,它正从实验室走向产业化,成为制造业升级、文物保护、高端装备维护等领域的 “刚需技术”。

全球发展格局:欧美领跑应用,中国攻坚突破

国际层面:工业化应用日趋成熟

欧美国家在激光除锈技术的产业化上占据先发优势。在机械工业领域,欧盟国家已推出 1000W 级激光手动除锈机,广泛应用于模具清洁;微电子行业中,248nm 纳秒紫外激光除锈芯片的技术实现规模化生产,光掩膜制造领域更是完全取代了传统化学除锈法。值得关注的是,欧美在激光除锈、污染物清除等场景的应用已形成产业规模,且呈现 “实验先行、理论跟进” 的特点。

文物保护领域成为技术应用的典范。希腊团队采用 1064nm 红外与 355nm 紫外双波长激光,成功修复雅典卫城女像柱的黑色结壳;法国卢浮宫通过激光技术还原达・芬奇画作的细腻色调,意大利庞贝古城的壁画在激光作用下褪去火山灰覆盖的斑驳痕迹,这些案例印证了技术的精准性与安全性。

国内进展:从理论研究到装备突围

我国激光除锈技术研究始于上世纪 90 年代,早期以机理探索和参数优化为核心。南开大学提出的三层吸收界面烧蚀振动模型、华中科技大学揭示的激光除漆 “汽化蒸发 + 共振击碎” 机理,为技术应用奠定了理论基础。实验研究方面,大连理工大学明确了硅片表面氧化铝颗粒的除锈阈值,上海交通大学验证了激光除锈后钢材抗腐蚀性能的提升,这些成果为装备研发提供了关键数据。

装备制造的突破成为近年亮点。2017 年,陆军装甲兵学院研制的 500W 高重频激光除锈设备,打破了大功率设备依赖进口的局面;如今,创鑫激光、锐科激光等企业已实现除锈用光纤激光器的国产化,大族激光、华工激光等推出的自动化除锈装备,将桥梁 U 肋除锈效率提升 7 倍以上,10 米长的构件除锈仅需 8 分钟。截至 2025 年,国内激光除锈装备已出口至 40 多个国家,出口额年增长率保持在 60% 以上。

技术核心与应用场景:优势突出,边界拓宽

激光除锈的核心原理是 “选择性光热效应”—— 通过调控激光波长、能量密度和脉冲宽度,使污染物吸收能量后发生汽化、振动或等离子体冲击,从而脱离基材表面。与传统化学除锈、喷砂除锈相比,它具有三大优势:无化学试剂残留,避免二次污染;非接触操作,不损伤基材;精度可达微米级,适配复杂结构除锈。

如今,技术应用场景正持续拓宽:

• 工业制造:船舶钢材除锈、汽车零部件除漆、锂离子电池电极片清洁成为主流应用,华工激光的定制化装备已服务于石油管道、铁路机车等领域; • 文物保护:中希联合实验室研发的多参量调控装备,成功解决了故宫灵沼轩石质文物的除锈难题,相关技术已形成 “诊断 — 修复 — 监测” 全流程体系; • 新兴领域:弹要修理、动车组维修、雷达组件制造等场景的应用逐步落地,核电站设备维护、医疗器材消毒等领域的研发方兴未艾。 •

现存挑战与未来趋势:破解瓶颈,迈向智能

尽管发展迅速,激光除锈技术仍面临三大瓶颈:一是机理研究尚不彻底,不同基材与污染物的作用机制存在差异,缺乏统一的理论模型;二是工艺稳定性不足,激光入射角、环境温度等因素对除锈效果的影响尚未完全厘清;三是成本问题,大功率设备的初始投入较高,限制了在低成本场景的普及。

未来技术将朝着三个方向突破:

• 复合化:脉冲激光与半导体激光结合的复合除锈技术,可使铝合金等高反射材料的除漆效率提升 2 倍以上,已在船舶、高端机床领域推广; • 智能化:融合人工智能与机器视觉的自动化装备,实现除锈过程的实时监控与参数自适应调节,铭镭激光等企业的智能产线已投入使用; • 标准化:中希联合实验室正在推动文物除锈参数的标准化,行业亟需建立不同应用场景的工艺规范,降低技术推广门槛。

结语:技术赋能,前景可期

随着《2025 中国激光产业发展报告》将激光除锈列为行业增长新引擎,以及国家重点研发计划的持续支持,这项技术正进入加速发展期。从制造业的绿色升级到文化遗产的永续传承,从国内产业突围到国际技术合作,激光除锈技术的每一步突破都在重构 “清洁” 的定义。尽管仍需破解机理、成本、标准化等难题,但凭借环保、精准、高效的核心优势,它必将在更多领域实现替代传统除锈技术的跨越,成为高质量发展的重要支撑。

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