• 건식 세척 메커니즘: 열 제거가 주된 메커니즘입니다. 레이저 에너지가 산화막에 작용하면 표면이 많은 에너지를 흡수하여 에너지 강도에 따라 제거 메커니즘이 변화하고 다양한 표면 형상이 형성됩니다. 낮은 에너지에서는 산화막이 부분적으로 제거되고 재용융 영역이 최소화됩니다. 중간 에너지에서는 산화막이 완전히 제거되고 손상은 거의 발생하지 않습니다. 높은 에너지에서는 산화막은 제거되지만 기판에 상당한 손상이 발생하여 능선 모양의 표면 구조가 형성됩니다.
• 습식 세척 메커니즘: 낮은 에너지 밀도에서는 레이저 유도 충격파가 주된 메커니즘이며, 높은 에너지 밀도에서는 열 삭마 및 상 폭발이 지배적입니다. 세척 과정에서 티타늄 합금의 급속 냉각 및 가열로 인해 마르텐사이트계 티타늄 합금이 형성됩니다. 에너지 밀도가 특정 값에 도달하면 표면이 나노 구조의 돌출형 표면으로 변형되는데, 이는 티타늄 합금 소재의 후속 응용에 매우 중요한 의미를 갖습니다.

고속철도: 알루미늄 합금 차체 도장

• 얇은 페인트(두께 ≤ 40μm): 페인트 흡수율이 낮은 파장의 레이저 광원은 열 진동을 통해 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
• 두꺼운 페인트: 페인트 흡수율이 높은 파장의 레이저 광원이 필요하며, 제거를 위해 절삭 메커니즘을 사용합니다.
• 적색 페인트 제거: 적색 페인트 제거의 주요 메커니즘은 진동입니다. 세척 과정에서 레이저 에너지가 기판에 침투하고, 기판 온도 상승으로 발생하는 열 응력으로 인해 페인트가 벗겨집니다. 페인트 층 전체가 제거되어 알루미늄 합금 표면에 느슨한 그물망 형태의 잔류 페인트가 남게 됩니다.
• 청색 페인트 제거: 동일한 레이저 에너지 입력 조건에서 청색 페인트는 적색 페인트보다 더 높은 온도에 도달하지만 기판에 가하는 열 응력은 더 낮습니다. 페인트 온도가 끓는점에 도달하면 증발을 통해 제거되며, 박리, 연소 및 플라즈마 충격과 같은 복합적인 메커니즘이 동반됩니다.

선박: 고강도 강철 선체 표면의 녹

• 건식 세척을 통한 녹 제거: 고강도 강철 선체에 생긴 녹을 건식 세척으로 제거할 때 주된 메커니즘은 에너지 흡수에 의한 산화막의 기화입니다. 표면 산화물이 기화될 때 발생하는 하향 반발력은 두꺼운 산화막을 제거하는 데 도움이 됩니다.
• 액막 보조 레이저 녹 제거: 주요 메커니즘은 에너지 흡수 시 액체 방울의 상 폭발로, 이로 인해 발생하는 충격력이 녹층을 제거하는 것입니다. 액막의 폭발적인 비등은 상 폭발 메커니즘의 녹 제거 효과를 증폭시켜 표면 산화막 제거에는 효과적이지만, 깊숙이 박힌 산화물 제거에는 어려움을 겪습니다. 서로 다른 녹층 제거 메커니즘은 표면 용융 금속의 흐름에 영향을 미칩니다. 상 폭발로 인한 측면 추력은 용융 금속층의 흐름을 촉진하여 표면을 더욱 평평하게 만드는 반면, 기화로 발생하는 산화물 증기는 액체 금속이 구멍을 채우는 것을 방해합니다.

해양 환경: 알루미늄 합금 표면의 해양 미생물

• 레이저 매개변수 및 세척 효과: 펄스 폭이 좁고 피크 출력이 높은 레이저는 알루미늄 합금 표면의 해양 미생물 제거에 탁월한 세척 효과를 나타냅니다.
• 미생물 제거 메커니즘: 세포외 고분자 물질(EPS) 층과 따개비 기질에 대한 레이저 제거 메커니즘은 각각 어블레이션 증발과 충격파 박리입니다. 미생물 거대 분자의 단일 사슬은 다광자 흡수 과정에서 끊어져 다수의 원자로 분해됩니다. 플라즈마 충격과 어블레이션 메커니즘의 복합적인 작용으로 해양 미생물이 효과적으로 제거됩니다.
• 페인트나 해양 미생물과 같은 유기물질의 경우: 낮은 레이저 에너지 밀도에서는 광화학적 효과로 화학 결합이 끊어져 열화, 변색 또는 활성 손실이 발생합니다. 에너지 밀도가 증가함에 따라 삭마, 기화, 연소 화염 및 플라즈마 충격과 같은 현상이 나타납니다. 산화막이나 녹과 같은 무기물질의 경우: 낮은 에너지 밀도에서는 변화가 없으며, 에너지가 증가함에 따라 삭마 및 기화 현상이 나타납니다.

• 문화재 레이저 세척

  펄스 레이저는 석기, 종이 유물, 금속 유물과 같은 문화재를 비파괴적이고 정밀하게 세척해야 하는 요구 사항을 충족함으로써 문화유산 보존에 중요한 역할을 합니다.