纳秒脉冲光纤激光清洗铝合金表面天然海洋微生物污垢（2） _微生物

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【纳秒脉冲光纤激光清洗铝合金表面天然海洋微生物污垢（2）】江苏激光联盟导读：
本工作为激光清洗铝合金表面海洋微生物污垢提供了基础研究和实践指导。本文为第二部分。
3.2 微观结构表征
图7（a）和（b）显示了覆盖有海洋微生物污垢的未清洁样品的表面和横截面微区形态。从背散射SEM图像（图7（a）），观察到四个具有不同颜色对比度的典型区域，这可能对应于不同的元素组成。如图7（b）所示，海洋生物膜的厚度不均匀。图7（c）显示了通过EDS获得的未清洁表面的化学成分，图7（a）中有四个标记为a、b、c和d的点。为了便于分析，元素组成分为四类：C、O、Al和含有钠、硅、P、S、K、Ca、Cr和Fe的无机盐。需要注意的是，来自Al–Mg–Si合金基底的Si和Mg也包含在无机盐中。

图7 （a）激光清洗前覆盖铝合金板表面的微生物污垢表面形态和（b）微生物污垢横截面形态的SEM图像，以及（c）未清洁表面的化学成分。
图8（a）显示了宏观表面形态的低倍背散射SEM图像，清晰显示了不同对比度的区域。从这种表面状态，通过在铝合金表面观察到的不同颜色，可以清楚地看到某些特定元素的位置，如Al、O、Na、K、C和Ca（图8（b–g））。因此，基于微观分析，在铝合金基底上形成的微生物污垢具有不均匀的化学成分和复杂的表面条件，这可能给激光清洗带来一些新的挑战。

图8 (a)低倍背散射SEM图像和(b) - (g)铝合金板表面微生物污垢的元素分布。
图9显示了在不同激光注量下激光清洗后铝合金表面的SEM形貌。激光清洗后的表面与激光清洗前的表面明显不同（图7、图8）。可以看到，在激光清洗后，图9中标记有A、B、C和D等大的光滑区域以及一些微小的凹坑被暴露出来。较大的光滑区域是铝合金基体表面在清洁后暴露。随机分布的凹面1–10?μm的大小不是由激光清洗引起的，而是与基板本身的状况有关。凹坑的形成是由于轧制过程中产生的收缩。对于所有样品，根据表面状态的特征可以推断，熔化发生在激光清洗过程中。 Alshaer 等（2014）在激光清洗钛/锆和铝合金润滑涂层时也发现了这种熔化现象。在这种情况下，可以得出结论，激光束同时影响了清洗和熔化。此外，激光清洗表面仍存在一些不规则（E点）和微米级（F、G、H）残留物。这表明，即使使用了最高的单脉冲能量，污染物也没有被完全清除(图9(d)) 。

图9 不同激光注量下激光清洗表面的SEM图像。
图10（a）和（b）分别显示了不同激光注量下激光清洗表面和残留在激光清洗表面上的EDS结果。根据激光清洗表面的EDS分析，基底表面主要由Al组成(～88?wt%），以及微量的C、O和无机盐元素（图10（a））。铝含量达到原铝合金基体表面铝含量的91.7% 。一般来说，激光清洗后的表面在不同的激光注量下显示出相似的化学成分。对于残留物， EDS分析结果差异很大（图10（b））。对大量生物元素C和O以及无机盐元素（Na、K等）的检测证实，残留物是剩余的海洋微生物污垢（图10（b））。
不规则残渣含有更多的元素，如P Ca Ti Cr Fe和Cu 。有机元素C的含量从1.38?J/cm2和2.74?J/cm2的30?wt%以上下降到4.14?J/cm2和5.52?J/cm2的8?wt%左右。结果表明，在较高的激光辐照量下，微生物污染的去除效果较好。无机盐元素含量随激光辐照量的增加下降相对缓慢，从25.45?wt%下降到17.7?wt% 。微生物污垢中的无机盐比蛋白质、多糖等更难通过激光清洗去除。这可能是由于某些盐的熔点较高。这些盐没有与纳秒脉冲激光束充分反应，因而以残留物的形式残留在铝合金表面。

纳秒脉冲光纤激光清洗铝合金表面天然海洋微生物污垢（2）

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