RU2677167C1 - Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers - Google Patents
Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677167C1 RU2677167C1 RU2017125072A RU2017125072A RU2677167C1 RU 2677167 C1 RU2677167 C1 RU 2677167C1 RU 2017125072 A RU2017125072 A RU 2017125072A RU 2017125072 A RU2017125072 A RU 2017125072A RU 2677167 C1 RU2677167 C1 RU 2677167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- metal
- parts
- cleaning
- polymers
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000000181 anti-adherent effect Effects 0.000 title abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
- B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
- B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/57—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece the laser beam entering a face of the workpiece from which it is transmitted through the workpiece material to work on a different workpiece face, e.g. for effecting removal, fusion splicing, modifying or reforming
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области лазерной очистки металлических деталей от антиадгезионных покрытий и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и спецхимии для увеличения времени бездефектной эксплуатации деталей, снижения доли ручного труда, обеспечения экологической безопасности ведения технологического процесса.The proposed solution relates to the field of laser cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings and can be used in mechanical engineering, instrumentation and special chemistry to increase the time of defect-free operation of parts, reduce the proportion of manual labor, and ensure environmental safety of the process.
Известен способ лазерной очистки поверхности промышленных и технологических объектов (Пат. №RU 2538161 приоритет от 28.12.2012.), заключающийся в формировании пучка лазерного излучения и сканирования сформированным пучком в многоимпульсном режиме по корродированной поверхности объекта с регистрацией спектра плазмы. Предложенный способ не обеспечивает сохранности размеров очищаемой детали, так как лазер используется в режиме абляции по отношению как к загрязнению, так и материалу промышленного или технологического объекта.A known method of laser cleaning the surface of industrial and technological objects (Pat. No. RU 2538161 priority from 12.28.2012.), Which consists in the formation of a laser beam and scanning the generated beam in multipulse mode on the corroded surface of the object with registration of the plasma spectrum. The proposed method does not ensure the safety of the dimensions of the cleaned part, since the laser is used in ablation mode with respect to both pollution and the material of an industrial or technological object.
Наиболее близким по физической сущности и принятым в качестве прототипа является способ лазерной обработки поверхности материалов от нежелательных слоев и загрязнений, придания заданных свойств поверхности конструктивных материалов и устройство для его осуществления (Пат. №RU 2445175 приоритет 28.06.2010). Способ заключается в воздействии на обрабатываемую металлическую поверхность, покрытую нежелательными слоями материалов и загрязнениями, сканирующим пучком импульсно-периодического лазерного излучения. В результате воздействия лазерного излучения на металлический образец на его поверхности возникают процессы испарения и абляции нежелательных слоев материалов, загрязнений и металла образца. Перемещение лазерного пучка вдоль обрабатываемой поверхности осуществляется за счет поворота зеркала двухкоординатной сканирующей системы, которое отражает лазерное излучение.The closest in physical essence and adopted as a prototype is a method of laser processing of the surface of materials from unwanted layers and contaminants, imparting specified surface properties to structural materials and a device for its implementation (Pat. No. RU 2445175 priority 28.06.2010). The method consists in exposing a metal surface to be treated, covered with undesirable layers of materials and impurities, to a scanning beam of pulsed-periodic laser radiation. As a result of the action of laser radiation on a metal sample, evaporation and ablation of unwanted layers of materials, contaminants and metal of the sample occur on its surface. The laser beam is moved along the surface to be processed by rotating the mirror of the two-coordinate scanning system, which reflects laser radiation.
Недостатком способа и устройства для его осуществления является использование лазерного пучка в режиме абляции, при котором происходит унос металла очищаемой детали и нарушение ее размеров. Конструкция устройства не позволяет обрабатывать осесимметричные детали вращения и детали большой длины.The disadvantage of the method and device for its implementation is the use of a laser beam in ablation mode, in which the metal is abducted of the part to be cleaned and its size is violated. The design of the device does not allow the processing of axisymmetric rotation parts and parts of large length.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение неинвазионной очистки металлических деталей от антиадгезионных покрытий на основе полимеров без изменения их размеров. Предложено два способа решения поставленной технической задачи.The technical task of the invention is the provision of non-invasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers without changing their size. Two methods for solving the technical problem are proposed.
Первый способ неинвазивной очистки металлических деталей от антиадгезионных покрытий на основе полимеров, отличается тем, что формируется пучок лазерного излучения с длиной волны излучения, на которой покрытие является прозрачным. Этим пучком облучается деталь с полимерным покрытием по заданной траектории сканирования, при этом отделение покрытия происходит вследствие различия коэффициентов теплового расширения покрытия и металла при сохранении рельефа металлической детали неизменным (доабляционное воздействие).The first method for the non-invasive cleaning of metal parts from polymer-based release coatings is characterized in that a laser beam with a radiation wavelength at which the coating is transparent is formed. This beam irradiates a part with a polymer coating along a predetermined scanning path, while the coating is separated due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the coating and the metal while maintaining the relief of the metal part unchanged (pre-ablation effect).
Второй способ неинвазивной очистки металлических деталей от покрытий на основе полимеров, отличается тем, что формируется лазерный пучок с длиной волны излучения, находящейся в области фундаментального поглощения покрытия на основе полимера. Как правило, для этого необходимы лазерные источники, работающие в ультрафиолетовой области спектра, такие, как эксимерные лазеры ХеСl (длина волны излучения 308 нанометров) и KrF (длина волны излучения 248 нанометров). Удаление покрытия происходит путем его абляции при плотности энергии лазерного излучения меньшей, чем порог абляции металлической поверхности.The second method of non-invasively cleaning metal parts from coatings based on polymers is characterized in that a laser beam with a radiation wavelength in the fundamental absorption region of the polymer-based coating is formed. As a rule, this requires laser sources operating in the ultraviolet region of the spectrum, such as XeCl excimer lasers (radiation wavelength 308 nanometers) and KrF (radiation wavelength 248 nanometers). The coating is removed by ablation at a laser energy density less than the threshold for ablation of a metal surface.
Первый способ неинвазивной очистки металлических деталей антиадгезионного покрытия на основе полимеров заключается в том, что формируется пучок лазерного излучения с длиной волны, на которой антиадгезионное покрытие является прозрачным. Мощность лазерного излучения выбирается достаточной для локального нагрева металла детали и создания необратимой деформации соединения на границе полимер-металл, однако такой, что температура плавления металла при этом не достигается. Этим пучком облучается металлическая деталь, покрытая антиадгезионным покрытием. Вследствие различных коэффициентов температурного расширения у полимерного покрытия и металла (у стали коэффициент теплового расширения при данных условиях равен (10-14)⋅10-6°С-1, у полимерного покрытия - (100-300)⋅10-6 С-1) при локальном нагреве возникает механическое напряжение, ведущее к деформации покрытия и его отделению от поверхности металла.The first method for non-invasively cleaning metal parts of a polymer-based release coating is to form a laser beam with a wavelength at which the release coating is transparent. The laser radiation power is selected sufficient to locally heat the metal of the part and create irreversible deformation of the compound at the polymer-metal interface, but such that the melting temperature of the metal is not achieved. A metal part coated with a release coating is irradiated with this beam. Due to different coefficients of thermal expansion of the polymer coating and metal (in steel, the coefficient of thermal expansion under these conditions is (10-14) ⋅10 -6 ° С -1 , in the polymer coating - (100-300) ⋅10 -6 С -1 ) during local heating, mechanical stress arises leading to deformation of the coating and its separation from the metal surface.
Второй способ неинвазивной очистки металлических деталей от покрытий на основе полимеров заключается в том, что формируется пучок лазерного излучения с длиной волны, находящейся в области фундаментального поглощения покрытия на основе полимера. Удаление покрытия происходит путем его абляции при плотности энергии лазерного излучения меньшей, чем порог абляции металлической поверхности.The second method for non-invasively cleaning metal parts from polymer-based coatings is to form a laser beam with a wavelength in the fundamental absorption region of the polymer-based coating. The coating is removed by ablation at a laser energy density less than the threshold for ablation of a metal surface.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, где представлена схема процесса неинвазивной очистки металлических деталей от покрытия на основе полимера. Установка для реализации предлагаемого способа содержит обрабатываемую металлическую деталь 1, имеющую форму вращения, с нанесенным антиадгезионным покрытием, систему вращения 2 цилиндрических изделий, волоконный лазер 5 и сканаторную головку 3, установленных на системе позиционирования сканаторных головок, программно-аппаратный комплекс 7 (компьютер). Обработка цилиндрического изделия происходит по программе, записанной в программно-апаратном комплексе 7. Обрабатываемое изделие приводится во вращение электроприводом, входящим в состав системы 2 вращения цилиндрических изделий. На обрабатываемое изделие 1 расположенное на системе 2 вращения цилиндрических изделий падает пучок лазерного излучения 6, при этом лазерный луч 6 перемещается по поверхности обрабатываемого изделия вдоль его оси (направление движения пучка лазерного излучения показано стрелкой). Сканирование пучком лазерного излучения 6 осуществляется посредством сканаторных головок 3, которые располагаются над обрабатываемым изделием с помощью системы позиционирования сканаторных головок 4. При этом отделение покрытия происходит вследствие селективной абляции полимерного покрытия при сохранении рельефа металлической детали неизменным (доабляционное воздействие).The invention is illustrated in FIG. 1, which presents a diagram of the process of non-invasive cleaning of metal parts from polymer-based coatings. Installation for implementing the proposed method contains a
Таким образом, поставленная техническая задача обеспечения неинвазивной очистки металлических деталей от антиадгезионного покрытия на основе полимеров решена.Thus, the stated technical task of ensuring non-invasive cleaning of metal parts from the release coating based on polymers is solved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017125072A RU2677167C1 (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017125072A RU2677167C1 (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677167C1 true RU2677167C1 (en) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017125072A RU2677167C1 (en) | 2017-07-14 | 2017-07-14 | Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677167C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5662762A (en) * | 1995-07-07 | 1997-09-02 | Clover Industries, Inc. | Laser-based system and method for stripping coatings from substrates |
| UA44300C2 (en) * | 1996-08-14 | 2002-02-15 | Комміссарья А Ленержи Атомік | METHOD OF CLEANING OR RELEASE FROM THE POLLUTION OF THE SURFACE OF A METAL OBJECT USING THE IMPACT OF ULTRAVIOLETE LASER BEAMS |
| WO2012005816A2 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-12 | Resonetics Llc | Precision laser ablation |
| RU2607736C2 (en) * | 2015-05-26 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | Method for laser separation of rubber and polymer coatings |
| RU2619692C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Волоконно-Оптического и Лазерного Оборудования" | Method of laser cleaning metals |
-
2017
- 2017-07-14 RU RU2017125072A patent/RU2677167C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5662762A (en) * | 1995-07-07 | 1997-09-02 | Clover Industries, Inc. | Laser-based system and method for stripping coatings from substrates |
| UA44300C2 (en) * | 1996-08-14 | 2002-02-15 | Комміссарья А Ленержи Атомік | METHOD OF CLEANING OR RELEASE FROM THE POLLUTION OF THE SURFACE OF A METAL OBJECT USING THE IMPACT OF ULTRAVIOLETE LASER BEAMS |
| WO2012005816A2 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-12 | Resonetics Llc | Precision laser ablation |
| RU2607736C2 (en) * | 2015-05-26 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | Method for laser separation of rubber and polymer coatings |
| RU2619692C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Волоконно-Оптического и Лазерного Оборудования" | Method of laser cleaning metals |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.П. ВЕЙКО и др. "Лазерная очистка в машиностроении и приборостроении", учебное пособие, СПбНИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2013. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Albu et al. | Periodical structures induced by femtosecond laser on metals in air and liquid environments | |
| Feng et al. | Deep channel fabrication on copper by multi-scan underwater laser machining | |
| Finger et al. | High power ultra-short pulse laser ablation of IN718 using high repetition rates | |
| JP6547933B2 (en) | Laser processing method for fiber reinforced composite material and laser processing apparatus therefor | |
| JP2015217427A (en) | Laser cleaning method | |
| JP2015199086A5 (en) | ||
| RU2619692C1 (en) | Method of laser cleaning metals | |
| JP6452699B2 (en) | How to blunt the sharp edges of glassware | |
| Chen et al. | Laser micromachining of the materials using in microfluidics by high precision pulsed near and mid-ultraviolet Nd: YAG lasers | |
| RU2677167C1 (en) | Method of noninvasive cleaning of metal parts from anti-adhesive coatings based on polymers | |
| CN113523578B (en) | Chemical auxiliary wet laser paint removing method for aircraft skin | |
| Li et al. | Femtosecond laser polishing of additively manufactured parts at grazing incidence | |
| KR20100015895A (en) | Method and apparatus for the production of thin disks or films from semiconductor bodies | |
| RU2297886C2 (en) | Method for cleaning surface and apparatus for performing the same | |
| KR101782608B1 (en) | Device and method for cleaning surface of material | |
| Sergeev et al. | Changes in the spectral characteristics of quartz-glass plates when they are processed with laser-induced plasma | |
| Butkus et al. | Micromachining of transparent, semiconducting and metallic substrates using femtosecond laser beams | |
| Nadeem et al. | An approach to form the dome shape by 3D laser forming | |
| Haehnel et al. | Production of microstructures in wide-band-gap and organic materials using pulsed laser ablation at 157 nm wavelength | |
| JP6627223B2 (en) | Manufacturing method of machined parts having excellent corrosion resistance and apparatus for executing the same | |
| Tevinpibanphan et al. | Effect of water flow direction on cut features in the laser milling of titanium alloy under a water layer | |
| RU2698896C2 (en) | Energy-efficient device for laser cutting of materials | |
| TWI598173B (en) | Laser de-flash method, laser processing method, and laser processing apparatus | |
| KR102376891B1 (en) | Epoxy paint surface removal method using laser beam shaping | |
| Ke et al. | Laser cleaning of rust on ship steel using TEA CO2 pulsed laser |