激光波长决定能量吸收效率与加工机制,不同波长的激光对不同材料吸收率不同。比如波长1080nm的光纤激光对导体类材料吸收率高,对绝缘体材料吸收率低, 波长10600nm的二氧化碳激光对绝缘体材料吸收率高,对导体类材料吸收率低。
激光波长由激光器工作物质能级差(E₂-E₁=hν,h 为普朗克常数,ν 为频率)决定,且波长 λ 与频率 ν 成反比(λ=c/ν,c 为光速)。由于激光单色性优异(波长分布范围 < 1nm),在光学系统中无明显色散,可精准聚焦至目标区域,而波长对除锈效果的影响主要体现在材料吸收率与聚焦能力两方面:
材料吸收规律:金属对激光的吸收率随波长增加呈下降趋势。例如,碳钢对1064nm 红外光的吸收率约为 5%-10%,而对 355nm 紫外光的吸收率可达 30% 以上,更高的吸收率意味着更少的能量损耗,除锈效率显著提升。
聚焦性能差异:根据衍射公式θ≈1.22λ/D(θ 为衍射角,D 为光学孔径),波长越短,衍射角越小,聚焦后光斑尺寸越小(可至 10μm 以下),能量密度越高(可达 10⁹W/cm²),可实现微小锈迹的精准清除。
典型波长应用:
1080nm(红外):光纤激光器(脉冲激光和连续激光)是除锈的主流波长,光子能量较低(约1.17eV),通过热效应使锈层受热膨胀脱落,适用于碳钢、不锈钢等常规金属除锈,且可通过光纤传输,适配复杂工件;
10600nm(远红外):CO₂激光器波长,光子能量仅 0.117eV,热效应显著,但无法穿透普通光学玻璃,多用于大面积平板工件除锈;
355nm(紫外):Nd:YVO₄激光器三倍频波长,光子能量达 3.49eV,可直接破坏锈层分子键(“冷加工”),无热损伤,适用于铝合金、钛合金等热敏材料,但设备成本较高,能量损耗大。