随着激光功率的增加，样件表面粗糙度逐渐降低且下降速率呈现先快后慢的趋势。考虑此过程中锈蚀氧化物逐渐去除，氧化层疏密不均导致清洗速率的不同。当激光功率超过一定范围，表面粗糙度稍微增加，其原因可能为过高的热输入量导致基体材料发生熔化，产生烧蚀坑，如图4-8（c）所示。

图10腐蚀样件激光清洗后的3D形貌（a）200W；（b）280W；（c）300W；（d）8kHz；

（e）10kHz；（f）13kHz；（g）30%；（h）70%；（i）80%

表面粗糙度随重复频率的变化规律如图4-7（b）所示。可以看出，表面粗糙度值与重复频率之间没有明显的规律，其主要原因为重复频率的大小除了影响激光的能量密度外，在相同振镜周期下，还与样件单位面积内光斑的作用次数有关。

（2）微观形貌测试及结果讨论

微观形貌作为材料分析的重要组成部分，其形貌特性对于材料后期的使用性能具有重要的影响。为了进一步对激光清洗效率和样件表面完整性进行分析讨论，本节采用扫描电子显微镜（SEM）对清洗过程中样件的微观形貌进行测试，X射线能谱分析仪（EDS）辅助分析污物成分。不同工艺参数下Q345钢表面微观形貌如图11所示。

(a)

220W

280W

300W

8kHz

10kHz

13kHz

图11 锈蚀样件不同激光参数下的微观形貌（a）功率；（b）重复频率；

由图11（a）可以看出，激光功率较低时，样件表面依旧存在大量残留的条纹状附着物，清洗效果较差。随着激光功率的增加，氧化物逐渐去除，样件表面开始露出金属基体。在激光清洗过程中，激光光束与样件表面物质发生反应，材料会发生固体-液体-固体三者物相之间的转变，同时微小烧蚀坑和气孔会出现在样件表面上，证明激光清洗过程中存在烧蚀去除机理。

当重复频率较低时，样件表面出现“边缘堆砌”效应，即样件表面在激光光斑作用下生成金属熔池，由于压力和液相的爆破过程使光斑边缘产生熔融重凝物，多呈现乳突状结构，清洗效果不佳。随着重复频率升高，样件表面基本无明显附着物，清洗效果较好。继续升高，附着物之间出现裂纹和缝隙，证明清洗过程中附着物和基体之间存在热应力。

（3）不同工艺参数对化学元素含量的影响

通过上述3D轮廓和微观形貌分析，可以得出去除Q345钢表面氧化层的最佳工艺参数，进一步采用X射线能谱分析仪（EDS）分析激光清洗前后样件表面的主要化学元素（Fe、O、C）含量。

图12 附着物成分能谱（EDS）分析

不同参数下样件表面Fe、O、C三种元素的相对含量经X射线能谱分析仪（EDS）测试，如图4-12所示。

图13 不同激光参数下的锈蚀样件表面元素含量（a）功率；（b）重复频率；

图13（a）为不同激光功率下Fe、O、C三种元素的相对含量。随着的增加，Fe元素的含量呈现先上升后下降的趋势，O元素含量呈现先下降后上升的趋势，清洗过程中C元素含量基本保持不变。继续升高功率，O元素含量最低为8.82%，Fe元素含量最高为87.58%，样件清洗效果最好，清洗效率最高。激光功率继续，Fe-O元素中O元素含量略有上升，证明此时激光处于过清洗状态，样件表面发生二次氧化现象，清洗效率有所下降。实际上，当重复频率固定后，功率的变化代表了激光单脉冲能量的变化，单脉冲能量过高和过低都会对清洗效率产生不利影响。