Los fabricantes siempre buscan fabricar productos que sean más fuertes, más duraderos y más confiables, así como en los sectores automotriz y aeroespacial.En esta búsqueda, con frecuencia actualizan y reemplazan los sistemas de materiales con aleaciones metálicas de menor densidad, mejor temperatura y resistencia a la corrosión.Esto da a los fabricantes una mejor posición en el mercado.
En realidad, eso es sólo la mitad de la historia.
Una ventaja estratégica aún más fuerte es la certeza cuantificable sobre la resistencia, durabilidad y confiabilidad de un producto.
Cambiar los materiales más antiguos por otros más fuertes puede ser un buen comienzo, pero también requiere procesos de fabricación más avanzados que se basen en una limpieza de superficies más limpia y eficiente para crear estructuras fuertes.Los metales como las aleaciones de aluminio y los materiales avanzados como los compuestos de polímero de fibra de carbono, a menudo utilizados en la fabricación aeroespacial y automotriz, requieren unión para reducir el peso (cuando se usan sujetadores, se agrega peso a la estructura) y para crear uniones más confiables.
Las técnicas tradicionales de acabado de aluminio incluyen el pulido con chorro de arena, limpieza con solvente, seguido de esmerilado (usando un estropajo) o anodizado.La unión adhesiva abre la puerta a procesos más automatizados para los que los acabados tradicionales no son compatibles.
El anodizado es más común en aplicaciones aeroespaciales donde se utiliza esta preparación más costosa y estricta para cumplir con especificaciones estrictas.La variabilidad inherente de las técnicas de arenado y abrasión manual muestra claramente que se necesita un proceso más controlado.
La limpieza con láser o la ablación con láser llena este vacío del proceso como un método más preciso, ecológico, automatizable y eficiente de tratar superficies metálicas y compuestas para su limpieza.Los tipos de contaminación que se encuentran en la superficie de estos materiales se eliminan fácilmente mediante el procesamiento con láser.
Debido a que la limpieza con láser es tan poderosa, es fundamental saber exactamente cómo afecta su superficie.La diferencia entre una superficie tratada correctamente y una superficie con tratamiento insuficiente o excesivo puede ser extremadamente difícil de evaluar.Con una tecnología de verificación de procesos cuantitativos tan sensible y precisa como el propio proceso láser, los fabricantes pueden estar seguros de que sus superficies metálicas y compuestas están completamente listas para la unión.
El siguiente láser de Fortune le brindará una introducción detallada a las razones para elegir la limpieza con láser.
1 -¿Qué es la limpieza láser??
El tratamiento con láser es una técnica de limpieza térmica extremadamente precisa que funciona eliminando (ablación) pequeñas fracciones de la superficie de un material a través de un rayo láser enfocado, a menudo pulsado.El láser irradia la superficie para eliminar átomos y se puede utilizar para perforar agujeros extremadamente pequeños y profundos a través de materiales muy duros, produciendo películas delgadas o nanopartículas en una superficie.
Este proceso de limpieza de superficies es tan efectivo debido a su capacidad para atacar capas tan pequeñas de contaminantes y residuos.Las superficies de aluminio contienen óxidos y aceites lubricantes que son perjudiciales para la unión adhesiva y los compuestos a menudo retienen desmoldantes residuales y otros contaminantes de silicona que no pueden formar enlaces químicos fuertes con los adhesivos.
Cuando se aplica un adhesivo a una superficie con uno de estos residuos, intentará adherirse químicamente a los aceites y la silicona en las pocas capas moleculares superiores del material.Estos enlaces son extremadamente débiles e inevitablemente fallarán durante las pruebas de rendimiento o durante el uso del producto.Cuando las juntas se rompen en el punto donde se unen la superficie y el adhesivo o revestimiento, esto se denomina falla interfacial.La falla cohesiva durante la prueba de cizallamiento se produce cuando la ruptura ocurre dentro del adhesivo mismo.Esto es indicativo de una unión muy fuerte y una estructura ensamblada que es resistente y duradera.
La falla cohesiva de estas muestras compuestas que han sido tratadas con láser muestra el adhesivo en ambos lados de los materiales que se están uniendo.
La falla interfacial de estas muestras compuestas que no fueron tratadas muestra que el adhesivo solo se adhirió a uno de los lados y soltó completamente el otro.
Cuando tienes una falla cohesiva, tienes un vínculo interfacial que no se suelta por nada.Los tratamientos de superficie tienen como objetivo modificar la superficie para eliminar los contaminantes y crear o revelar una superficie que pueda fusionarse químicamente con el adhesivo para lograr uniones duraderas y confiables.
2- Cómo saber si su superficie tratada con láser está lista para adherirse
Las mediciones del ángulo de contacto, como las mencionadas en el documento de IJAA que se utilizan para comprender la degradación de los tratamientos con el tiempo, son una forma excepcionalmente buena de monitorear y verificar los procesos de limpieza con láser.
La medición del ángulo de contacto es sensible a los cambios moleculares que se producen en una superficie tratada con láser.La gota de líquido colocada sobre la superficie subirá o bajará en relación exacta con la cantidad de contaminación microscópica en la superficie.Las mediciones del ángulo de contacto son un indicador implacable de la adhesión y pueden ofrecer claridad y visibilidad sobre qué tan alineada está la fuerza del tratamiento con las necesidades de limpieza de los materiales.
Las mediciones del ángulo de contacto se correlacionan maravillosamente con los cambios en los niveles de contaminantes detectados por los métodos de espectroscopia.La mayoría de las mediciones de precisión de contaminantes en superficies se realizan con equipos que no son factibles de comprar para los fabricantes y que de todos modos no podrían usarse en piezas reales que se están fabricando.
Las mediciones del ángulo de contacto se pueden realizar inmediatamente antes y después del tratamiento en la línea de producción conmanualoherramientas de medición automatizadas.Así como la limpieza con láser reemplaza los métodos obsoletos de preparación de superficies debido a las necesidades de automatización de la fabricación de gran volumen y alta precisión, las mediciones del ángulo de contacto también hacen obsoletas las pruebas subjetivas e imprecisas de calidad de la superficie, como las tintas Dyne y las pruebas de rotura de agua.
Las pruebas de rendimiento de resistencia solo examinan una muestra de los materiales que se procesan, lo que aumenta la tasa de desperdicio y no da ninguna indicación de cómo crear una unión más fuerte.Los ángulos de contacto, cuando se emplean a lo largo de una línea de producción, pueden señalar exactamente dónde el proceso requiere ajustes y pueden proporcionar información sobre lo que debe ajustarse y en qué medida.
3- ¿Por qué usar limpieza láser?
Se han realizado muchas investigaciones excelentes sobre las formas en que el tratamiento de superficies con láser mejora la adhesión.Por ejemplo,un artículo publicado en el Journal of Adhesionexploró hasta qué punto la limpieza con láser mejora la fuerza de las articulaciones en comparación con los métodos tradicionales.
“Los resultados experimentales indican que el tratamiento superficial con láser de preadhesión mejoró significativamente la resistencia al corte de las muestras de aluminio adherido con epoxi modificado en comparación con los sustratos anodizados y sin tratar.Los mejores resultados se obtuvieron con una energía láser de aproximadamente 0,2 J/pulso/cm2, donde la resistencia al corte de una sola vuelta mejoró en un 600-700 % en comparación con la de la aleación de aluminio sin tratar, y en un 40 % en comparación con el pretratamiento de anodizado con ácido crómico.
El modo de falla cambió de adhesivo a cohesivo a medida que aumentaba el número de pulsos de láser durante el tratamiento.Este último fenómeno se ha correlacionado con los cambios morfológicos revelados por microscopía electrónica y la modificación química como lo indica la espectroscopia infrarroja y Auger”.
Otro efecto interesante de la ablación con láser es el poder que tiene para crear una superficie que no se degrada con el tiempo.
Láser de la fortunaha realizado un gran trabajo al investigar cómo la limpieza con láser interactúa con las superficies de formas sorprendentes.El tratamiento con láser del aluminio crea pequeños cráteres en la superficie que se derriten y casi simultáneamente se solidifican en una capa microcristalina en la superficie que es aún más resistente a la corrosión que el propio aluminio.
Mirando el cuadro a continuación, muestra la diferencia entre la resistencia al corte de un enlace que usa aluminio que ha sido tratado con láser y aluminio que ha sido tratado químicamente.Con el tiempo, a medida que las superficies han estado expuestas a un ambiente húmedo, la capacidad de la superficie tratada químicamente para adherirse bien disminuye significativamente porque la humedad comienza a corroer la superficie, mientras que la superficie tratada con láser conserva su resistencia a la corrosión después de semanas de exposición.
Hora de publicación: 12 de agosto de 2022
