يسعى المصنّعون باستمرار إلى إنتاج منتجات أقوى وأكثر متانة وموثوقية، لا سيما في قطاعي السيارات والطيران. وفي سبيل تحقيق هذا الهدف، يقومون بتحديث أنظمة المواد واستبدالها باستمرار بسبائك معدنية ذات كثافة أقل ومقاومة أفضل للحرارة والتآكل. وهذا يمنح المصنّعين مكانة أقوى في السوق.
في الحقيقة، هذه ليست سوى نصف القصة.
وتتمثل الميزة الاستراتيجية الأقوى في اليقين الكمي بشأن قوة المنتج ومتانته وموثوقيته.
يُعدّ استبدال المواد القديمة بأخرى أقوى بدايةً جيدة، ولكنه يتطلب أيضاً عمليات تصنيع أكثر تطوراً تعتمد على تنظيف الأسطح بكفاءة أعلى لإنشاء هياكل متينة. وتحتاج المعادن، مثل سبائك الألومنيوم، والمواد المتقدمة، مثل مركبات البوليمر المصنوعة من ألياف الكربون، والتي تُستخدم غالباً في صناعة السيارات والطيران، إلى عمليات ربط لتقليل الوزن - إذ يُضاف وزن إلى الهيكل عند استخدام أدوات التثبيت - ولإنشاء وصلات أكثر موثوقية.
تشمل تقنيات تشطيب الألمنيوم التقليدية السفع الرملي، والمسح بالمذيبات، ثم التجليخ (باستخدام وسادة تنظيف خشنة) أو الأنودة. يتيح الربط اللاصق إمكانية استخدام عمليات أكثر آلية لا تتوافق معها التشطيبات التقليدية.
تُعدّ عملية الأنودة أكثر شيوعًا في تطبيقات الفضاء الجوي، حيث تُستخدم هذه العملية التحضيرية الأكثر تكلفة ودقة لتلبية المواصفات الصارمة. ويُظهر التباين المتأصل في تقنيات السفع الرملي والتآكل اليدوي بوضوح الحاجة إلى عملية أكثر تحكمًا.
يُعدّ التنظيف بالليزر أو الاستئصال بالليزر طريقةً أكثر دقةً وصديقةً للبيئة وقابلةً للأتمتة وفعاليةً لمعالجة الأسطح المعدنية والمركبة لأغراض التنظيف، مما يُسهّل عملية التنظيف. ويمكن إزالة أنواع التلوث الموجودة على سطح هذه المواد بسهولة باستخدام معالجة الليزر.
نظراً لقوة التنظيف بالليزر، من الضروري معرفة تأثيره الدقيق على السطح. قد يكون من الصعب للغاية تقييم الفرق بين السطح المعالج بشكل صحيح والسطح المعالج بشكل غير كافٍ أو مفرط. بفضل تقنية التحقق الكمي من العملية، والتي تتميز بحساسية ودقة تضاهي عملية الليزر نفسها، يمكن للمصنعين الاطمئنان إلى أن أسطحهم المعدنية والمركبة جاهزة تماماً للربط.
ستقدم لك شركة Fortune laser التالية مقدمة مفصلة عن أسباب اختيار التنظيف بالليزر.
1 –ما هو التنظيف بالليزر؟?
المعالجة بالليزر هي تقنية تنظيف حراري دقيقة للغاية، تعمل عن طريق إزالة (استئصال) أجزاء صغيرة من سطح المادة باستخدام شعاع ليزر مركز، غالباً ما يكون نبضياً. يُسلط الليزر على السطح لإزالة الذرات، ويمكن استخدامه لحفر ثقوب صغيرة وعميقة للغاية في مواد شديدة الصلابة، مما ينتج عنه أغشية رقيقة أو جسيمات نانوية على السطح.
تُعدّ عملية تنظيف الأسطح هذه فعّالة للغاية لقدرتها على استهداف طبقات رقيقة من الملوثات والرواسب. تحتوي أسطح الألومنيوم على أكاسيد وزيوت تشحيم تُضرّ بوصلات المواد اللاصقة، وغالبًا ما تحتفظ المواد المركبة ببقايا مواد فصل القوالب وغيرها من ملوثات السيليكون التي لا تستطيع تكوين روابط كيميائية قوية مع المواد اللاصقة.
عند وضع مادة لاصقة على سطح يحتوي على إحدى هذه البقايا، فإنها ستحاول الالتصاق كيميائيًا بالزيوت والسيليكون الموجودة في الطبقات الجزيئية العليا للمادة. هذه الروابط ضعيفة للغاية، وستفشل حتمًا إما أثناء اختبارات الأداء أو أثناء استخدام المنتج. عندما تنكسر الوصلات عند نقطة التقاء السطح والمادة اللاصقة أو الطلاء، يُسمى ذلك فشلًا بينيًا. أما الفشل التماسكى أثناء اختبار القص التراكبي، فيحدث عندما يحدث الكسر داخل المادة اللاصقة نفسها. وهذا يدل على رابطة قوية جدًا وبنية مُجمَّعة مرنة وطويلة الأمد.
يُظهر الفشل التماسكى لهذه العينات المركبة التي عولجت بالليزر وجود المادة اللاصقة على جانبي المواد التي يتم ربطها.
يُظهر فشل التداخل بين هذه العينات المركبة التي لم تتم معالجتها أن المادة اللاصقة التصقت بجانب واحد فقط وانفصلت تمامًا عن الجانب الآخر.
عندما يحدث فشل تماسك، يكون لديك رابطة بينية قوية لا تنفصل بسهولة. تهدف معالجات الأسطح إلى تعديل السطح لإزالة الملوثات وإنشاء أو كشف سطح قادر على الاندماج كيميائيًا مع المادة اللاصقة للحصول على روابط متينة وموثوقة.
2- كيف تعرف ما إذا كان سطحك المعالج بالليزر جاهزًا للالتصاق؟
تُعد قياسات زاوية التلامس، مثل تلك المذكورة في ورقة IJAA المستخدمة لفهم تدهور العلاجات بمرور الوقت، طريقة جيدة للغاية لمراقبة عمليات التنظيف بالليزر والتحقق منها.
يُعد قياس زاوية التلامس حساسًا للتغيرات الجزيئية التي تحدث على سطح مُعالَج بالليزر. ترتفع قطرة السائل الموضوعة على السطح أو تنخفض تبعًا لكمية التلوث المجهري الموجود عليه. تُعتبر قياسات زاوية التلامس مؤشرًا دقيقًا على قوة الالتصاق، وتُتيح فهمًا واضحًا لمدى توافق قوة المعالجة مع احتياجات تنظيف المواد.
تتطابق قياسات زاوية التلامس بشكل كبير مع التغيرات في مستويات الملوثات التي ترصدها طرق التحليل الطيفي. وتُجرى معظم القياسات الدقيقة للملوثات على الأسطح باستخدام معدات يصعب على المصنّعين شراؤها، ولا يمكن استخدامها على الأجزاء الفعلية قيد التصنيع.
يمكن إجراء قياسات زاوية التلامس مباشرة قبل وبعد المعالجة على خط الإنتاج باستخداميدويأوأدوات القياس الآليةوكما أن التنظيف بالليزر يحل محل أساليب تحضير الأسطح القديمة بسبب احتياجات الأتمتة للتصنيع عالي الحجم وعالي الدقة، فإن قياسات زاوية التلامس تجعل أيضًا اختبارات جودة السطح الذاتية وغير الدقيقة مثل اختبارات أحبار داين واختبارات كسر الماء قديمة الطراز.
لا تختبر اختبارات قوة الأداء سوى عينة من المواد المُعالجة، مما يزيد من نسبة الهدر ولا يُقدم أي مؤشر على كيفية إنشاء رابطة أقوى. أما زوايا التلامس، عند استخدامها على امتداد خط الإنتاج، فتُحدد بدقة موضع الحاجة إلى تعديل العملية، وتُقدم رؤية ثاقبة حول ما يجب تعديله ومدى هذا التعديل.
3- لماذا نستخدم التنظيف بالليزر؟
أُجريت العديد من الأبحاث الرائعة حول الطرق التي تُحسّن بها معالجة الأسطح بالليزر الالتصاق. على سبيل المثال،ورقة بحثية نُشرت في مجلة الالتصاقاستكشفت الدراسة مدى تحسن قوة المفاصل عن طريق التنظيف بالليزر مقارنة بالطرق التقليدية.
تشير النتائج التجريبية إلى أن المعالجة السطحية بالليزر قبل الالتصاق حسّنت بشكل ملحوظ مقاومة القص لعينات الألومنيوم المُلصقة بالإيبوكسي المُعدّل، مقارنةً بالركائز غير المُعالجة والمؤكسدة. وقد تحققت أفضل النتائج باستخدام طاقة ليزر تبلغ حوالي 0.2 جول/نبضة/سم²، حيث تحسّنت مقاومة القص للطبقة الواحدة بنسبة 600-700% مقارنةً بسبيكة الألومنيوم غير المُعالجة، وبنسبة 40% مقارنةً بالمعالجة المسبقة بالأكسدة باستخدام حمض الكروميك.
تغير نمط الفشل من الالتصاقي إلى التماسك مع ازدياد عدد نبضات الليزر أثناء المعالجة. وقد رُبطت هذه الظاهرة الأخيرة بتغيرات في الشكل كما كشف عنها المجهر الإلكتروني، وتعديل كيميائي كما أشارت إليه مطيافية أوجيه والأشعة تحت الحمراء.
ومن الآثار الأخرى المثيرة للاهتمام للاستئصال بالليزر قدرته على إنشاء سطح لا يتدهور بمرور الوقت.
فورتشن ليزرلقد أنجزت هذه الدراسة عملاً رائعاً في بحث كيفية تفاعل التنظيف بالليزر مع الأسطح بطرقٍ مدهشة. إذ يُحدث معالجة الألومنيوم بالليزر حفرًا دقيقة في السطح تنصهر وتتصلب في الوقت نفسه تقريبًا لتُشكّل طبقة بلورية دقيقة على السطح، وهي أكثر مقاومة للتآكل من الألومنيوم نفسه.
يُظهر الرسم البياني أدناه الفرق بين قوة القص للرابطة باستخدام الألومنيوم المعالج بالليزر والألومنيوم المعالج كيميائيًا. مع مرور الوقت، ومع تعرض الأسطح لبيئة رطبة، تتضاءل قدرة السطح المعالج كيميائيًا على الالتصاق بشكل ملحوظ لأن الرطوبة تبدأ في تآكل السطح، بينما يحتفظ السطح المعالج بالليزر بمقاومته للتآكل بعد أسابيع من التعرض.
تاريخ النشر: 12 أغسطس 2022
