工程机械装备长期服役于恶劣的工作环境,表面的锈蚀氧化物严重影响零部件的使用寿命和安全系数,因此,有效去除材料表面的氧化物层对于机械装备的保养和维护至关重要。传统除锈工艺包括:机械打磨、喷丸喷砂处理、化学清洗以及高压水射流清洗等,但存在对基体损伤大、污染严重、操作不便等问题,不符合绿色化清洗的发展趋势。激光清洗技术作为一种新型的清洗手段,凭借其绿色环保、非接触式清洗、操作方便以及适用范围广等优势,逐渐应用多个领域,如:工程机械、航空航天、文物保护以及轮胎模具等。本文针对工程机械中常用材料Q345钢表面的锈蚀氧化物开展激光清洗研究。首先通过表面附着污物的物理化学性质分析,建立了氧化物的分层清洗模型;其次,基于分层模型,分析了激光能量的传递过程和清洗机理,并借助Comsol Multiphysics软件,建立了氧化物的单次去除量预测模型;最后,通过探究不同参数对材料表面性能和清洗效率的影响规律,进行清洗工艺参数优化,为激光清洗技术在工业领域的应用提供理论指导与技术参数。1.本文对脉冲激光的相关参数及污物的基本性质进行分析。首先分析了脉冲激光的光学特性,包括输出光束的质量、激光的吸收效应等。基于不同的清洗路径和光束分布情况,建立了清洗沟槽的轮廓模型,用于指导实际清洗过程。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）分析了锈蚀氧化物的表面微观形貌、化学元素含量和化合物组成,得出氧化物的分层结构:Fe2O3、Fe3O4以及Fe基体,并采用积分球反射法测量出各层材料的激光吸收率分别为:58.6%、53.8%以及35.0%。2.基于氧化物的分层清洗模型,进行激光清洗机理分析并建立氧化物的单次去除量预测模型。通过锈蚀氧化物的性质分析,建立了氧化物的分层清洗模型,并分析了激光能量的传递过程和主要的清洗机理。借助Comsol Multiphysics软件定性分析了不同激光参数对各层材料温度场分布的影响,同时设计中心复合试验,得出了 Fe2O3、Fe3O4关于激光峰值功率密度和扫描速度的单次去除量预测模型H1、H2,并推导出同时去除Fe2O3和Fe3O4的预测模型H3。结合试验验证,证明激光清洗机理主要为烧蚀去除机理和热应力去除机理,单次去除量预测模型有效。3.针对工程机械材料表面关键性能（表面粗糙度、显微硬度、抗腐蚀性能等）和清洗效率开展工艺参数优化。以激光功率、重复频率（脉冲宽度）以及光斑搭接率为变量,综合考虑各参数对性能和清洗效率的影响规律,得出最佳工艺参数为:激光功率280W、重复频率10kHz（脉冲宽度84ns）以及光斑搭接率70%。基于最优工艺参数,材料表面氧元素含量最低,清洗效率最佳,同时表面粗糙度较低。相比于原件,显微硬度提升60%,抗腐蚀性能提升62.9%。