Els fabricants sempre busquen productes més resistents, duradors i fiables, així com en els sectors de l'automoció i l'aeroespacial. En aquesta recerca, sovint actualitzen i substitueixen els sistemes de materials per aliatges metàl·lics de menor densitat i millor resistència a la temperatura i a la corrosió. Això dóna als fabricants una millor presència al mercat.
De fet, això només és la meitat de la història.
Un avantatge estratègic encara més fort és la certesa quantificable sobre la resistència, la durabilitat i la fiabilitat d'un producte.
Canviar els materials més antics per uns de més resistents pot ser un bon començament, però també requereix processos de fabricació més avançats que es basen en una neteja de superfícies més neta i eficient per crear estructures resistents. Els metalls com els aliatges d'alumini i els materials avançats com els compostos de polímer de fibra de carboni, que sovint s'utilitzen en la fabricació d'automòbils i aeroespacials, requereixen unió per reduir el pes (quan s'utilitzen elements de fixació, s'afegeix pes a l'estructura) i per crear unions més fiables.
Les tècniques tradicionals d'acabat de l'alumini inclouen el sorrejat, la neteja amb dissolvent, seguida del polit (amb un fregall) o l'anoditzat. La unió adhesiva obre la porta a processos més automatitzats per als quals els acabats tradicionals no són compatibles.
L'anoditzat és més comú en aplicacions aeroespacials, on s'utilitza aquesta preparació més cara i rigorosa per complir amb especificacions estrictes. La variabilitat inherent de les tècniques de sorrejat i abrasió manual mostra clarament que cal un procés més controlat.
La neteja amb làser o ablació làser omple aquest buit de procés com a mètode més precís, respectuós amb el medi ambient, automatitzable i eficient per tractar superfícies metàl·liques i compostes per a la seva neteja. Els tipus de contaminació que es troben a la superfície d'aquests materials s'eliminen fàcilment mitjançant el processament làser.
Com que la neteja amb làser és tan potent, és fonamental saber exactament com afecta la superfície. La diferència entre una superfície tractada correctament i una superfície poc o massa tractada pot ser extremadament difícil d'avaluar. Amb una tecnologia de verificació quantitativa de processos tan sensible i precisa com el propi procés làser, els fabricants poden estar segurs que les seves superfícies metàl·liques i compostes estan completament preparades per a la unió.
El següent làser Fortune us oferirà una introducció detallada als motius per triar la neteja amb làser.
1 –Què és la neteja làser??
El tractament amb làser és una tècnica de neteja tèrmica extremadament precisa que funciona eliminant (ablació) petites fraccions de la superfície d'un material mitjançant un feix làser enfocat, sovint pulsat. El làser irradia la superfície per eliminar àtoms i es pot utilitzar per perforar forats extremadament petits i profunds a través de materials molt durs, produint pel·lícules primes o nanopartícules sobre una superfície.
Aquest procés de neteja de superfícies és tan eficaç per la seva capacitat d'abordar capes tan petites de contaminants i residus. Les superfícies d'alumini contenen òxids i olis lubricants que són perjudicials per a la unió adhesiva i els materials compostos sovint retenen residus de desemmotllament i altres contaminants de silicona que no poden formar enllaços químics forts amb els adhesius.
Quan s'aplica un adhesiu a una superfície amb un d'aquests residus presents, intentarà adherir-se químicament als olis i la silicona de les capes moleculars superiors del material. Aquests enllaços són extremadament febles i inevitablement fallaran durant les proves de rendiment o durant l'ús del producte. Quan les unions es trenquen al punt on es troben la superfície i l'adhesiu o el recobriment, això s'anomena falla interfacial. La falla cohesiva durant les proves de cisallament de solapament és quan la ruptura es produeix dins del mateix adhesiu. Això indica una unió molt forta i una estructura muntada que és resistent i duradora.
La falla cohesiva d'aquestes mostres compostes que han estat tractades amb làser mostra l'adhesiu a banda i banda dels materials que s'uneixen.
La falla interfacial d'aquestes mostres compostes que no van ser tractades mostra que l'adhesiu només es va enganxar a un dels costats i va deixar anar completament l'altre.
Quan es produeix una fallada cohesiva, es produeix una unió interfacial que no es deixa anar per res. Els tractaments superficials tenen com a objectiu modificar la superfície per eliminar contaminants i crear o revelar una superfície que pugui fusionar-se químicament amb l'adhesiu per aconseguir unions duradores i fiables.
2- Com saber si la superfície tractada amb làser està a punt per a l'adhesió
Les mesures de l'angle de contacte, com les esmentades a l'article de l'IJAA que s'utilitzen per comprendre la degradació dels tractaments al llarg del temps, són una manera excepcionalment bona de controlar i verificar els processos de neteja amb làser.
Una mesura de l'angle de contacte és sensible als canvis moleculars que es produeixen en una superfície que s'està tractant amb làser. La gota de líquid col·locada a la superfície pujarà o baixarà en relació exacta amb la quantitat de contaminació microscòpica a la superfície. Les mesures de l'angle de contacte són un indicador implacable de l'adhesió i poden oferir claredat i visibilitat sobre com d'alineada està la força del tractament amb les necessitats de neteja dels materials.
Les mesures de l'angle de contacte es correlacionen perfectament amb els canvis en els nivells de contaminants detectats pels mètodes d'espectroscòpia. La majoria de les mesures de precisió de contaminants a les superfícies es realitzen amb equips que els fabricants no poden comprar i que no es podrien utilitzar en peces reals que es fabriquen de totes maneres.
Les mesures de l'angle de contacte es poden realitzar immediatament abans i després del tractament a la línia de producció ambmanualoeines de mesura automatitzadesDe la mateixa manera que la neteja amb làser substitueix els mètodes de preparació de superfícies obsolets a causa de les necessitats d'automatització de la fabricació d'alt volum i alta precisió, les mesures de l'angle de contacte també fan que les proves de qualitat de superfície subjectives i imprecises com les tintes dyne i les proves de trencament d'aigua siguin obsoletes.
Les proves de rendiment de resistència només examinen una mostra dels materials que es processen, cosa que augmenta la taxa de rebuig i no dóna cap indicació de com crear una unió més forta. Els angles de contacte, quan s'utilitzen al llarg d'una línia de producció, poden indicar exactament on cal ajustar el procés i poden proporcionar informació sobre què cal ajustar i fins a quin punt.
3- Per què utilitzar la neteja làser?
Hi ha hagut molta recerca excel·lent sobre les maneres en què el tractament superficial amb làser millora l'adhesió. Per exemple,un article publicat al Journal of Adhesionva explorar quant millora la resistència de les articulacions la neteja amb làser en comparació amb els mètodes tradicionals.
“Els resultats experimentals indiquen que el tractament superficial amb làser de preadhesió va millorar significativament la resistència al cisallament de les mostres d'alumini enllaçades amb epoxi modificat en comparació amb els substrats no tractats i anoditzats. Els millors resultats es van obtenir amb una energia làser d'uns 0,2 J/pols/cm2, on la resistència al cisallament d'una sola solapa va millorar en un 600-700% en comparació amb la de l'aliatge d'Al no tractat, i en un 40% en comparació amb el pretractament d'anoditzat amb àcid cròmic.
El mode de fallada va canviar d'adhesiu a cohesiu a mesura que augmentava el nombre de polsos làser durant el tractament. Aquest darrer fenomen s'ha correlacionat amb canvis morfològics revelats per microscòpia electrònica i modificació química indicada per espectroscòpia Auger i infraroja.
Un altre efecte interessant de l'ablació làser és el poder que té per crear una superfície que no es degrada amb el temps.
Làser de la Fortunaha fet una gran feina investigant com la neteja amb làser interactua amb les superfícies de maneres sorprenents. El tractament amb làser de l'alumini crea petits cràters a la superfície que es fonen i gairebé simultàniament se solidifiquen en una capa microcristal·lina a la superfície que és encara més resistent a la corrosió que el mateix alumini.
Si mirem el gràfic següent, es mostra la diferència entre la resistència al cisallament d'una unió amb alumini tractat amb làser i l'alumini tractat químicament. Amb el temps, a mesura que les superfícies han estat exposades a un ambient humit, la capacitat de la superfície tractada químicament per unir-se bé disminueix significativament perquè la humitat comença a corroir la superfície, mentre que la superfície tractada amb làser conserva la seva resistència a la corrosió després de setmanes d'exposició.
Data de publicació: 12 d'agost de 2022
