高强钢表面海洋生物膜层纳秒脉冲激光清洗质量与脱附行为分析

Abstract

金属材料在海洋环境下服役时表面会产生海洋生物污损，严重影响材料的服役寿命，必须对其进行定期清理。以30Cr3高强钢表面海洋生物膜层为清洗对象，采用纳秒脉冲激光清洗海洋生物膜层，对比分析海洋生物膜层激光清洗前后的宏观形貌、微观形貌、元素组成与表面粗糙度，通过高速摄像设备观察清洗过程中的脱附行为，探究不同激光能量密度对海洋生物膜层激光清洗质量与脱附行为的影响。结果表明：黄海海域中浸泡的高强钢表面海洋生物膜层包含主要由有机成分构成的胞外聚合物（EPS）层和主要由石灰质构成的表面硬质附着物两种组分，在不损伤基材的前提下，纳秒脉冲激光清洗高强钢表面海洋生物膜层的效果随激光能量密度的增大而增强，采用9.95 J/cm2的激光能量密度清洗效果最佳，清洗后表面无海洋生物膜层成分残留，表面粗糙度Sa=17.31 μm，较清洗前下降约47.8%，其中，EPS层主要通过烧蚀分解去除，而表面硬质附着物主要通过热弹性振动从表面剥落去除。