Valmistajat pyrkivät jatkuvasti valmistamaan tuotteita, jotka ovat vahvempia, kestävämpiä ja luotettavampia, myös auto- ja ilmailuteollisuudessa. Tässä pyrkimyksessä he usein päivittävät ja korvaavat materiaalijärjestelmiä pienempitiheyksisillä, paremmin lämpötilaa ja korroosiota kestävillä metalliseoksilla. Tämä antaa valmistajille paremman jalansijan markkinoilla.
Itse asiassa se on vasta puolet tarinasta.
Vielä vahvempi strateginen etu on mitattava varmuus tuotteen lujuudesta, kestävyydestä ja luotettavuudesta.
Vanhempien materiaalien vaihtaminen vahvempiin voi olla hyvä alku, mutta se vaatii myös kehittyneempiä valmistusprosesseja, jotka perustuvat puhtaampaan ja tehokkaampaan pinnanpuhdistukseen vahvojen rakenteiden luomiseksi. Metallit, kuten alumiiniseokset, ja edistyneet materiaalit, kuten hiilikuitupolymeerikomposiitit, joita käytetään usein auto- ja ilmailuteollisuudessa, vaativat liimausta painon vähentämiseksi – kiinnittimiä käytettäessä rakenteeseen lisätään painoa – ja luotettavampien liitosten luomiseksi.
Perinteisiin alumiinin viimeistelytekniikoihin kuuluvat hiekkapuhallus, liuotinpyyhintä ja sen jälkeen hionta (hankaustyynyllä) tai anodisointi. Liimaus avaa oven automatisoidummille prosesseille, joille perinteiset viimeistelyt eivät sovi.
Anodisointi on yleisempää ilmailu- ja avaruussovelluksissa, joissa tätä kalliimpaa ja tiukempaa menetelmää käytetään tiukkojen spesifikaatioiden täyttämiseksi. Hiekkapuhalluksen ja manuaalisen hiontatekniikan luontainen vaihtelevuus osoittaa selvästi, että hallitumpi prosessi on tarpeen.
Laserpuhdistus tai laserablaatio täyttää tämän prosessiaukon tarkempana, ympäristöystävällisempänä, automatisoituna ja tehokkaampana menetelmänä metalli- ja komposiittipintojen puhdistamiseen. Näiden materiaalien pinnalta löytyvät epäpuhtaudet on helppo poistaa laserkäsittelyllä.
Koska laserpuhdistus on niin tehokasta, on erittäin tärkeää tietää tarkalleen, miten se vaikuttaa pintaan. Oikein käsitellyn pinnan ja ali- tai ylikäsitellyn pinnan välinen ero voi olla erittäin vaikea arvioida. Kvantitatiivisen prosessinvarmennusteknologian ansiosta, joka on yhtä herkkä ja tarkka kuin itse laserprosessi, valmistajat voivat olla varmoja siitä, että heidän metalli- ja komposiittipintansa ovat täysin valmiita liimaukseen.
Seuraava Fortune-laser antaa sinulle yksityiskohtaisen johdannon laserpuhdistuksen valintaan liittyviin syihin.
1 –Mikä on laserpuhdistus?
Laserkäsittely on erittäin tarkka terminen puhdistustekniikka, jossa materiaalin pinnasta poistetaan (abloidaan) pieniä osia fokusoidun, usein pulssitetun lasersäteen avulla. Laser säteilee pintaa atomien poistamiseksi, ja sitä voidaan käyttää erittäin pienten, syvien reikien poraamiseen erittäin kovien materiaalien läpi, jolloin pinnalle muodostuu ohuita kalvoja tai nanopartikkeleita.
Tämä pinnanpuhdistusprosessi on niin tehokas, koska se pystyy käsittelemään pieniä epäpuhtaus- ja jäämäkerroksia. Alumiinipinnat sisältävät oksideja ja voiteluöljyjä, jotka ovat haitallisia liimaliitokselle, ja komposiiteissa on usein jäämiä muottijäämistä ja muita silikoniepäpuhtauksia, jotka eivät pysty muodostamaan vahvoja kemiallisia sidoksia liimojen kanssa.
Kun liimaa levitetään pinnalle, jossa on jokin näistä jäämistä, se yrittää kemiallisesti tarttua materiaalin muutaman ylimmän molekyylikerroksen öljyihin ja silikoniin. Nämä sidokset ovat erittäin heikkoja ja pettävät väistämättä joko suorituskykytestien tai tuotteen käytön aikana. Kun liitokset rikkoutuvat kohdasta, jossa pinta ja liima tai pinnoite kohtaavat, sitä kutsutaan rajapintamurtumaksi. Koheesiomurtuminen limitysleikkauksessa tapahtuu, kun murtuma tapahtuu itse liiman sisällä. Tämä osoittaa erittäin vahvaa sidosta ja koottua rakennetta, joka on joustava ja pitkäikäinen.
Näiden laserkäsiteltyjen komposiittinäytteiden koheesiomurtuma osoittaa liiman liimattavien materiaalien molemmilla puolilla.
Näiden käsittelemättömien komposiittinäytteiden rajapinnan pettäminen osoittaa, että liima tarttui vain toiseen reunaan ja irtosi kokonaan toisesta.
Kun kyseessä on koheesiomurtuma, rajapintaliitos ei hellitä tyhjästä. Pintakäsittelyjen tarkoituksena on muokata pintaa epäpuhtauksien poistamiseksi ja sellaisen pinnan luomiseksi tai paljastamiseksi, joka pystyy kemiallisesti yhdistymään liimaan kestävien ja luotettavien liitosten aikaansaamiseksi.
2- Mistä tiedät, onko laserkäsitelty pintasi valmis tarttumaan
Kosketuskulmamittaukset, kuten IJAA:n artikkelissa mainitut, joita käytetään käsittelyjen heikkenemisen ymmärtämiseen ajan myötä, ovat poikkeuksellisen hyvä tapa seurata ja todentaa laserpuhdistusprosesseja.
Kosketuskulman mittaus on herkkä laserilla käsiteltävällä pinnalla tapahtuville molekyylimuutoksille. Pinnalle asetettu nestepisara nousee tai laskee täsmälleen suhteessa pinnalla olevan mikroskooppisen epäpuhtauden määrään. Kosketuskulman mittaukset ovat väsymätön osoitin tarttuvuudesta ja voivat tarjota selkeyttä ja näkyvyyttä siihen, miten käsittelyn teho vastaa materiaalien puhdistustarpeita.
Kosketuskulmamittaukset korreloivat kauniisti spektroskopiamenetelmillä havaittujen epäpuhtauspitoisuuksien muutosten kanssa. Useimmat pinnoilla olevien epäpuhtauksien tarkkuusmittaukset tehdään laitteilla, joita valmistajien ei ole mahdollista ostaa, eivätkä ne voisi olla käytettävissä oikeissa, valmistettavissa olevissa osissa.
Kosketuskulmamittaukset voidaan suorittaa välittömästi ennen käsittelyä ja sen jälkeen tuotantolinjallakäyttöohjetaiautomatisoidut mittaustyökalutAivan kuten laserpuhdistus korvaa vanhentuneita pinnankäsittelymenetelmiä suurten volyymien ja tarkkuuden valmistuksen automaatiotarpeiden vuoksi, kosketuskulman mittaukset tekevät myös subjektiivisista ja epätarkoista pinnanlaatutesteistä, kuten dyne-musteista ja vesitiiviystesteistä, tarpeettomia.
Lujuussuorituskykytesteissä tarkastellaan vain näytettä käsiteltävistä materiaaleista, mikä lisää hylkyprosenttia eikä anna mitään viitteitä siitä, miten vahvempi sidos luodaan. Kosketuskulmat, kun niitä käytetään koko tuotantolinjalla, voivat osoittaa tarkalleen, missä prosessissa on tehtävä muutoksia, ja antaa tietoa siitä, mitä on muutettava ja missä määrin.
3- Miksi käyttää laserpuhdistusta?
Laserpintakäsittelyn tarttuvuutta parantavista tavoista on tehty paljon erinomaista tutkimusta. EsimerkiksiJournal of Adhesion -lehdessä julkaistu artikkelitutkittiin, kuinka paljon laserpuhdistus parantaa nivelten lujuutta perinteisiin menetelmiin verrattuna.
”Kokeelliset tulokset osoittavat, että esiliimautuva laserpintakäsittely paransi merkittävästi modifioidulla epoksilla sidottujen alumiininäytteiden leikkauslujuutta verrattuna käsittelemättömiin ja anodisoituihin alustoihin. Parhaat tulokset saatiin noin 0,2 J/pulssi/cm2 laserenergialla, jossa yhden limityksen leikkauslujuus parani 600–700 % verrattuna käsittelemättömään alumiiniseokseen ja 40 % verrattuna kromihappoanodisointiesikäsittelyyn.”
Vikaantumistapa muuttui adhesiivisesta koheesiomäiseksi laserpulssien määrän kasvaessa käsittelyn aikana. Jälkimmäinen ilmiö on korreloitunut elektronimikroskopialla havaittujen morfologisten muutosten ja Augerin ja infrapunaspektroskopialla osoitettujen kemiallisten muutosten kanssa.
Toinen mielenkiintoinen laserablaation vaikutus on sen teho, jolla se luo pinnan, joka ei hajoa ajan myötä.
Onnenlaseron tehnyt hienoa työtä tutkien, miten laserpuhdistus reagoi pintoihin yllättävillä tavoilla. Alumiinin laserkäsittely luo pintaan pieniä kraattereita, jotka sulavat ja lähes samanaikaisesti jähmettyvät pinnalle mikrokiteiseksi kerrokseksi, joka on jopa alumiinia itseään korroosionkestävämpi.
Alla oleva kaavio näyttää laserkäsitellyn alumiinin ja kemiallisesti käsitellyn alumiinin sidoksen leikkauslujuuden eron. Ajan myötä, kun pinnat ovat altistuneet kostealle ympäristölle, kemiallisesti käsitellyn pinnan kyky tarttua hyvin heikkenee merkittävästi, koska kosteus alkaa syövyttää pintaa, kun taas laserkäsitelty pinta säilyttää korroosionkestävyytensä viikkojen altistuksen jälkeen.
Julkaisun aika: 12. elokuuta 2022
