一种复合材料涂层双联清洗方法

本发明涉及复合材料涂层清洗方法，具体涉及一种复合材料涂层双联清洗方法。

背景技术：

1、飞机、舰船、 车辆等交通工具，为了减轻重量、提高运载效率，广泛使用比强度比刚度高的树脂基复合材料结构。同时，为了让其具备特殊的防护功能（如防腐蚀、防磨损、防辐射等等），往往会在其表面涂覆一层厚厚的树脂基涂层保护膜。这种保护膜一般也是为树脂基的复合材料，会在树脂基体中添加特殊功能的固体颗粒或纤维，其强度硬度高、厚度大。维修时，需要先对现有涂层进行彻底清除，然后重新涂覆。目前的清洗方法通常有以下几种：

2、机械打磨，主要采用砂纸、砂布、砂轮，或者手工，或者使用机器，其主要缺点是效率低下；

3、喷丸喷砂清洗，主要通过喷射高速的沙粒、钢球或特殊材质颗粒，利用这些颗粒的动能撞击使涂层剥离、脱落。其缺点主要表现在：如果喷射速度偏低，则不容易清除涂层；如果喷射速度过高，则容易对复合材料基材造成冲击损伤，使之产生分层缺陷；

4、等离子体清洗，主要依赖于高温、高频、高能等外界条件产生低温等离子体，该等离子体是一种电中性、高能量、全部或部分离子化的气态物质。低温等离子体的能量约为几十电子伏特，其中所包含的离子、电子、自由基等活性粒子以及紫外线等辐射线很容易与固体表面的污染物分子发生反应而使其脱离，进而可起到清洗的作用。等离子体方法清洗复材基涂层的缺点在于：由于低温等离子体的能量远低于高能射线，因此此技术只涉及材料表面，效率比较低；

5、高压水射流清洗，主要利用高速、高压水流的动能作用对涂层实施冲击甚至切割，使之剥离、脱落。其缺点主要表现在：一是冲击力大，容易造成复合材料基材分层破坏；二是水流进入复合材料或设备内部，有一定的污染作用；

6、激光清洗，对涂层的清洗机理主要有如下三个方面：一是高温烧蚀，即涂层吸收激光后迅速升温使之熔化、汽化、氧化；二是振动，即当涂层和基材对激光的吸收率不同以及热膨胀系数不同时，激光的照射将在涂层与基材之间产生热应力，从而是涂层剥离脱落；三是冲击波作用，这里又分两种情形，一种情形是激光在涂层表面空气中诱发等离子体使之产生冲击波，另一种情形是在涂层表面先覆盖一层液体（如水、乙醇），激光使涂层表面的液体迅速汽化、膨胀产生冲击波。两种情形产生的冲击波会对涂层产生剥离作用。该方法清洗复材涂层的主要缺点在于：涂层与基材都是树脂基复合材料，对激光的吸收率和热膨胀系数都很接近，清除时很难做到有选择性地作用到涂层，容易造成基材过热、产生热损伤；

7、干冰清洗，干冰清洗的原理主要有如下几个方面：一是干冰颗粒的动能撞击；二是干冰汽化时体积急剧膨胀产生的冲击力；三是干冰低温急速冷却涂层使之与基材之间产生分离的应力，并使涂层脆化。用干冰清洗复材涂层的缺点在于：由于干冰的动能冲击是主要机理，需要较高的冲击速度才能有效，此时，又容易对基材造成冲击损伤，使之产生分层缺陷。

8、工程实践表明，以上的清洗清除工作有很大的难度，主要表现在如下两个方面：一是清除工作的效率低下；二是容易伤及基材结构，因此急需一种更加安全高效的清洗方式来实现对复合材料涂层的清洗作业。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种复合材料涂层双联清洗方法，采用激光和干冰两种清洗原理的组合，同时作用，相互作用，并相互取长补短，即“双联”式清洗技术，既能高效清除涂层，又能有效避免基材的损伤。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种复合材料涂层双联清洗方法，包括如下步骤：

3、调试激光和干冰的输出参数，在清洗工作实施之前，利用试验件调试激光和干冰的输出参数；

4、喷洒清水，在待清除涂层的表面喷洒清水，确保清水附着均匀，清水喷洒至表面不发生流淌；

5、开启吸尘器，主要用于对清洗过程中清洗下来的涂层燃烧或脱落的粉尘；

6、观察待清洗区域是否有水层覆盖，其目的是以便在激光作用下，使液体迅速汽化、膨胀，形成冲击波，对涂层进行“轰击”，使之松动；

7、若有开启激光输出开关，进行激光烧蚀，若无需要重新喷洒清水步骤，直至待清洗区有水层覆盖，利用激光清洗中的烧蚀原理，可以使涂层迅速升温为了尽量减少对基材的热影响，使用紫外激光，将用于清洗的激光波长控制在“紫外”范畴，可以更好地将热作用控制在涂层以内，减少对基材的热影响；

8、打开干冰输出开关，进行干冰颗粒冲击，利用干冰清洗的干冰颗粒动能撞击作用，将已经高温软化的涂层迅速清除，由于涂层已经软化，此时，可以使用比普通干冰清洗低得多的冲击速度，从而避免干冰颗粒冲击对基材的冲击损伤，需要注意的是应确保激光束在前、干冰束在后，另外，清洗过程中应确保待清洗的区域有水分覆盖，如果发现水层已经干枯，应重新喷洒，表面水分满足要求后再实施清洗；

9、清洗结束后，先关闭激光输出开关，延迟1秒后关闭干冰输出开关，这样的目的是对清洗部位进行降温，并且避免可能有部分涂层残留；

10、关闭吸尘器，在此处需要注意的是，关闭吸尘器应在将清洗下来的涂层碎屑完全吸附后再进行关闭动作；

11、其中，开启激光输出开关与开启干冰输出开关的时间间隔小于0.5s，以实现相互影响，从而取长补短，充分发挥每一种方法的优点、克服其缺点。由于激光作用在先，涂层已经定程度的松动，因此，干冰的质量和速度可以大幅度降低，以防止对基材的冲击损伤；由于后续用干冰降温，适当增加激光的功率也不会造成基材的热损伤，这样，可以较大幅度提高清除效率。

12、其中，清水的喷洒量应以待清理表面不发生流淌为宜，利用激光清洗中的冲击波作用原理，在清洗前，先在待清洗的表面喷洒一层清水，其目的时以便在激光作用下，使液体迅速汽化、膨胀，形成冲击波，对涂层进行“轰击”，使之松动。

13、其中，根据清理掉的涂层是否被完全吸附为参照来决定关闭吸尘器。

14、一种复合材料涂层双联清洗设备，包括集成有激光清洗模块和干冰清洗模块的主机、用于输出激光和用于吸收涂层燃烧或脱落的粉尘喷洒干冰清洗头和吸尘器；

15、所述激光清洗模块包括激光器、激光控制器和水冷装置，其中激光器用于产生紫外激光，激光器采用光纤脉冲式，功率200w以上；水冷装置用于冷却激光器，采用强迫循环水冷；控制器用于调整以及控制激光和水冷参数，激光的参数和干冰的参数独立调整，其中，激光器的调整参数包括功率、脉宽、脉冲频率，干冰装置可调参数包括干冰颗粒尺寸以及射流速度；

16、干冰清洗模块，用于发射干冰颗粒清洗涂层，包括用于将干冰压缩成颗粒状干冰的空压机、用于盛放干冰的干冰容器和用于对干冰容器中的干冰颗粒进行喷射的干冰控制器。

17、还包括用于输出激光和喷洒干冰清洗头和用于吸收涂层燃烧或脱落的粉尘的吸尘器；所述清洗头包括与激光器进行光纤连接和干冰容器之间通过干冰管相连接的主管道，所述主管道上转动设置有伸缩管，所述伸缩管通过万向旋钮转动设置在主管道上。

18、激光和干冰的输出各自独立开关控制。干冰喷洒头的角度和离激光输出头的距离可以调节，一是保证工作时激光束在前、干冰束在后；二是可根据具体情况调节干冰束与激光束之间的间距，两者落在涂层上的距离可在0～10mm范围内调整；三是可以调节干冰对涂层的冲刷角度，调节的范围为30～90°。此外，清洗头内还集成了红外测温功能，可实时对清洗区域的温度进行测量，以便实时监控基材结构是否遭遇热损伤；

19、吸尘器，用于吸收涂层燃烧或脱落的粉尘，防止其对环境造成污染。

20、综上所述，与现有技术相比，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

21、1、综合利用了激光清洗和干冰清洗两种方法的优点并避免了其缺点，利用激光清洗中的冲击波作用原理，在清洗前，先在待清洗的表面喷洒一层清水，以便在激光作用下，使液体迅速汽化、膨胀，形成冲击波，对涂层进行“轰击”，使之松动，利用激清洗中的烧蚀原理，使涂层迅速升温。为了尽量减少对基材的热影响，使用紫外激光。

22、2、利用干冰清洗的干冰颗粒动能撞击作用，将已经高温软化的涂层迅速清除。由于涂层已经软化，此时，可以使用比普通干冰清洗低得多的冲击速度，从而避免干冰颗粒冲击对基材的冲击损伤，利用干冰的低温速冷效应，迅速降低清洗区域的温度，以避免激光烧蚀效应对基材的热损伤。

23、3、“激光作用”和“干冰作用”的时间相距很近，小于0.5秒，以实现相互影响，从而取长补短，充分发挥每一种方法的优点、克服其缺点。由于激光作用在先，涂层已经定程度的松动，因此，干冰的质量和速度可以大幅度降低，以防止对基材的冲击损伤；由于后续用干冰降温，适当增加激光的功率也不会造成基材的热损伤，这样，可以较大幅度提高清除效率。

24、4、干冰喷洒头的角度和离激光输出头的距离可以调节，一是保证工作时激光束在前、干冰束在后；二是可根据具体情况调节干冰束与激光束之间的间距，两者落在涂层上的距离可在0～10mm范围内调整；三是可以调节干冰对涂层的冲刷角度，调节的范围为30～90°。此外，清洗头内还集成了红外测温功能，可实时对清洗区域的温度进行测量，以便实时监控基材结构是否遭遇热损伤。

25、5、吸尘器，用于吸收涂层燃烧或脱落的粉尘，防止其对环境造成污染。

26、附图说明

27、图1为本发明复合材料涂层双联清洗方法的工艺流程图；

28、图2为本发明复合材料涂层双联清洗装置的结构框图。