Імпульсне лазерне очищення: екологічне та ефективне рішення для відновлення автозапчастин

Зі швидким розвитком автомобільної промисловості відновне виготовлення деталей з високою залишковою вартістю з автомобілів, що досягли кінця терміну експлуатації, стало важливим етапом у переробці ресурсів. Як основний компонент автомобіля, трансмісії — особливо такі елементи, як гідротрансформатори та масляні насоси — схильні до утворення забруднень на поверхні, таких як шари іржі та оксидні плівки. Ефективність очищення безпосередньо впливає на якість відновлення. Традиційні методи очищення, наприклад, механічне шліфування та хімічне очищення, мають недоліки, зокрема пошкодження основи, забруднення навколишнього середовища та низьку ефективність. Імпульсне лазерне очищення, яке має переваги мінімального пошкодження, екологічності, точності та високої ефективності, стає популярною технологією в галузі відновлення автозапчастин, пропонуючи новий шлях для модернізації галузі.

Ефективність імпульсного лазерного очищення залежить від розумного поєднання основних технологічних параметрів, таких як середня потужність, частота повторень, швидкість сканування та кількість циклів очищення, які необхідно оптимізувати для різних деталей. Для ключових передавальних компонентів оптимальним технологічним поєднанням для корпусів гідротрансформаторів є середня потужність 45 Вт та частота повторень 30 кГц, що забезпечує повне видалення покриття та отримання сріблясто-білої поверхні основи. Корпуси масляних насосів, навпаки, найкраще обробляти при параметрах 30 Вт середньої потужності, 10 циклах очищення та швидкості сканування 1500 мм/с, що дозволяє ефективно видаляти оксидний шар без погіршення властивостей основи.

Пріоритет цих параметрів різний: для корпусів гідротрансформаторів середня потужність має більший вплив, ніж частота повторень; для корпусів масляних насосів ефективність очищення визначається в першу чергу середньою потужністю, а потім — кількістю циклів очищення та швидкістю сканування. Оптимізація комбінацій параметрів за допомогою ортогональних експериментів дозволяє досягти майже 100% видалення забруднень і звести вміст кисню на поверхні до нуля, закладаючи міцний фундамент для подальших процесів відновлення. Крім того, густину енергії імпульсного лазера необхідно строго контролювати в межах між порогом очищення та порогом пошкодження. Наприклад, поріг очищення корпусів гідротрансформаторів становить 5,10 Дж/см², а поріг пошкодження — 40,56 Дж/см². Точний контроль діапазону енергії є критично важливим для безпечного та ефективного очищення.

Основний механізм імпульсного лазерного очищення полягає у взаємодії лазерів і матеріалів, що має багатостадійні характеристики при різних густинах енергії. Коли густина енергії становить від 4,59 до 5,10 Дж/см², лазерна енергія спричиняє незначне ковзання по поверхні забруднювача, роблячи її рівнішою. У міру збільшення густини енергії до 5,10–15,59 Дж/см² лазерні промені впливають на поверхню, утворюючи хвилясті структури, що забезпечує плавлення з нерівною поверхнею. Коли густина енергії перевищує 15,59 Дж/см², забруднювачі послідовно проходять фазові переходи плавлення та випаровування, супроводжуючись термічним абляційним видаленням. Плазма утворюється, коли густина енергії досягає 25,5 Дж/см², що ще більше посилює ефект очищення. Коли густина енергії досягає високого рівня 50,95 Дж/см², відбувається фазовий вибух, що дозволяє інтенсивно видаляти забруднення.

У процесі очищення автозапчастин цей механізм може точно адаптуватися до різних характеристик забруднень: для видалення покриттів із засобів від залізничного каміння достатньо нижчих енергетичних щільностей, щоб спричинити плавлення та випаровування; для товстіших оксидних шарів підвищення енергетичної щільності з метою використання фазового вибуху та плазмових ефектів забезпечує глибоке очищення. Увесь процес не залишає жодних залишкових забруднень чи вторинного забруднення, повністю відповідаючи концепції розвитку екологічного відновлення.

На даний момент імпульсне лазерне очищення практично застосовується у виробництві автотрансмісійних деталей. Деталі, очищені за оптимізованими процесами, мають рівну мікротопографію поверхні та значно знижений вміст кисню на поверхні, що повністю відповідає вимогам до відновлення. З розвитком технологій обладнання для імпульсного лазерного очищення стає більш портативним і автоматизованим, може поєднуватися з промисловими роботами для комплексного та ефективного очищення деталей, адаптується до потреб масового виробництва.

У майбутньому, завдяки глибокій інтеграції технології числового моделювання та експериментальних досліджень, імпульсне лазерне очищення дозволить досягти більш точного контролю параметрів, а також з'являтимуться персоналізовані технологічні схеми для різних матеріалів і забруднювачів. Тимчасом поступове зниження вартості обладнання та експлуатаційних порогів сприятиме поширенню цієї технології в більшій кількості сценаріїв виробництва запасних частин для автомобілів, що надаватиме сталого імпульсу зеленому та циклічному розвитку автомобільної галузі.