基于计算流体力学（CFD）建立了AA6061铝合金与Al-Mg2Si复合材料异种接头搅拌摩擦焊接过程的三维粘塑性材料流动模型 。
直接处理微生物而不从基质中提取微生物的报道很少 。 一般来说 ， 海洋微生物污垢的元素组成特征很差 。 常用的生物分析技术不适用于评估激光诱导去除海洋生物膜的效果 。 原因是生物分析技术总是要求激光处理前后的微生物污垢保持活性 ， 以比较细菌去除数量或细菌覆盖面积 。 从这个意义上说 ， 微观结构表征使我们能够直观地评估激光对海洋微生物的清洗效果 ， 而不是将它们从微生境中提取出来并使其存活 。 通过这种方式 ， 可以明确确定激光清洗海洋微生物污垢的不同程度 ， 以及对金属基底的影响 。
如上所述 ， 高功率脉冲纳秒光纤激光器（1064?nm ， 30 ns ， 20?kHz）可有效清除铝合金表面的海洋微生物污垢 。 研究了各种激光清洗参数（激光注量、平均激光功率和频率）的组合 ， 以确定产生的平均微生物污垢去除厚度 。 可以从横截面SEM图像测量厚度 。 生物膜去除率（μm/脉冲）相对于激光注量（J/cm2）的变化如图16所示 。 如图所示 ， 去除厚度强烈依赖于激光注量 。
图16 每脉冲生物膜去除厚度随激光注量的变化 。
根据图17 ， 铝合金的烧蚀阈值约为0.78?J/cm2 。 因此 ， 由于激光注量高于基板损伤阈值 ， 激光清洗表面在不同激光注量下或多或少显示出相同的熔化现象（图9） 。 虽然在清洗过程中 ， 所采用的激光参数可能会导致表面熔化或微加工 ， 但对基板的损伤很小 。 在5.52?J/cm2的影响下 ， 铝合金的去除厚度小于2?μm ， 不会对后续使用产生不利影响 。 此外 ， 还采用XRD分析来评价激光清洗后的新表面的相组成 。 值得注意的是 ， 在激光清洗前后 ， 既没有观察到新的峰值 ， 也没有观察到峰值强度的变化 。 说明清洗过程中没有发生相变 。
图17 每脉冲铝合金基板去除厚度随激光注量的变化 。
图18显示了本实验中不同激光注量下的激光清洗效率 。 多个激光器同时工作可进一步提高清洗效率 。 此外 ， 从清洁生产的角度来看 ， 用激光清洗代替化学和物理清洗是有益的 。 生产方面的显著优势是：
（1）它高效、快速、经济 ， 在基板上具有较低的热负荷和机械负荷 。 整个清洗过程不会损坏原材料 ， 只会清除海洋材料表面的微生物污垢 。
（2）它可以去除不同厚度和成分的各种微生物污垢 。
（3）它对环境的影响最小 。 该工艺不需要磨料、化学清洁剂或掩蔽材料 。
（4）产生的废物很少 ， 剩下的废物是无害物质 。
（5）该过程产生的噪音非常低 ， 甚至几乎没有噪音 。
（6）这是一种高度选择性、可靠、精确和安全的清洁方法 。
（7）清洗过程可以很容易地自动控制 。
图18 不同激光注量对应的激光清洗效率 。
显然 ， 激光清洗为清洁生产提供了一种有效的手段和替代方案 ， 可以清除海洋材料表面的微生物污垢 。
激光对海洋微生物的影响可能取决于不同的因素 ， 包括海洋生物膜的化学成分、微生物污垢厚度和激光吸收率 。 在激光清洗过程中 ， 厚的海洋生物膜可能会带来一些额外的困难 。 尽管纳秒脉冲光纤激光对微生物的清洗不能完全归结为固定的物理和化学机理 ， 但基于以往的研究 ， 可以用一些具体的理论观点来解释去除过程 。 如Wilson（1993）所述 ， 高功率脉冲激光可能具有光烧蚀影响 。 温度升高导致细胞蒸发和变性 ， 这通常发生在激光波长与红外区域相对应时（Ward等人 ， 2000年） 。
众所周知 ， 海洋生物膜主要由75-90%的基质和约10-25%的生物体组成 。 基质包含不同的生物聚合物 ， 主要是EPS、蛋白质、脂质和DNA 。 EPS从自然海水环境中捕获营养物质 ， 并将其传输到生物膜中 ， 以便随后附着、发育和生长生物污垢 。 关于激光与生物膜之间的相互作用的讨论很少 。 在激光医学领域 ， 生物组织的热传导可以用1948年建立的Pennes模型来解释 。 到目前为止 ， 还没有合适的数学模型来揭示激光清洗铝合金表面微生物污垢的潜在去除机制 。
根据获得的实验结果 ， 图19阐明了通过激光清洗去除微生物污垢的特殊物理过程 。 从EDS分析结果来看 ， 元素分布揭示了海洋微生物污垢的复杂化学成分 。 一些白色对比区域随机分布在与铝氧化物相对应的微生物污垢附近 。 氧化铝的熔化和沸腾温度分别为2327?K和3253?K 。 可以推断 ， 在激光清洗过程中 ， 在表面上观察到的烧蚀温度高于氧化铝的沸点 。 这将导致铝氧化物的去除 。 众所周知 ， 金属氧化物的沸点远远超过微生物的沸点 。 这样的高温很容易烧蚀和蒸发微生物污垢 。 在此过程中 ， 使用电荷耦合器件相机在清洁表面上方产生大量等离子体 。 烧蚀也称为光学破坏 ， 主要由等离子体电离引起 ， 不取决于清洁物体的特性或性质 。
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