表面清洗技术在机械零部件修复/再制造过程中应用广泛,是受损和废旧零件修复、测试和装配的前提。针对传统清洗技术损伤基底并且危害环境的缺点,本课题以典型汽车发动机缸体材料-HT250灰铸铁为清洗对象,通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方式开展纳秒脉冲激光除漆工艺研究,探索纳秒激光清洗工艺的除漆机理及工艺控制方法,为纳秒激光清洗工艺在机械修复/再制造领域中的应用提供理论支撑与工艺数据。主要研究内容如下:(1)研究漆层(水性防锈漆)与基底(HT250灰铸铁)之间的结合特性以及纳秒脉冲激光与物质的相互作用机理,建立漆层与基底之间的粘附力模型和激光诱导的热应力模型;研究激光作用下的热传导过程,计算激光除漆过程中的温度场,分析油漆表面及深度方向的温度分布规律,揭示漆层在温度场与热应力共同作用下的去除过程。(2)利用ANSYS有限元分析软件,建立纳秒脉冲激光除漆的有限元模型。模拟高斯热源作用下漆层的温度场分布,研究不同激光参数下温度场的变化规律。利用“生死单元技术”获得激光除漆后基体和漆层的表面清洗形貌,研究漆层去除过程及基体表面凹坑或沟槽的生成过程,并分析基体和漆层的热应力分布规律及热/力共同作用后的清洗形貌,为除漆机理分析、工艺参数优化等提供依据。(3)开展纳秒脉冲激光除漆实验,探究激光能量密度与激光烧蚀面积及烧蚀深度之间的关系,测试激光除漆过程中的起始清洗阈值、基底显露阈值、完全清洗阈值与基底损伤阈值。分析激光除漆后边缘残余漆层的表面形貌,讨论不同形貌漆层的生成原因,揭示激光诱导热/力作用下漆层的烧蚀气化及振动分离演变机制。(4)研究激光参数(激光功率、激光重频、扫描速度等)对漆层去除效果的影响及其评价方法,包括表面微观形貌、面粗糙度、基底表面元素分布和除漆率。综合考虑除漆后表面质量和清洗效率,对激光参数进行优化分析并寻求最优除漆工艺参数,为激光除漆工艺的应用奠定基础。