製造業者は、自動車や航空宇宙分野だけでなく、より強く、より耐久性があり、信頼性の高い製品を作ることを常に目指しています.この追求において、彼らは頻繁に材料システムをアップグレードし、密度が低く、温度と耐食性に優れた金属合金に置き換えます。これにより、メーカーは市場でより良い足場を築くことができます。
実際、それは話の半分にすぎません。
さらに強力な戦略的優位性は、製品の強度、耐久性、および信頼性に関する定量化可能な確実性です。
古い材料をより強力なものに交換することは良い出発点になる可能性がありますが、強力な構造を作成するには、よりクリーンで効率的な表面洗浄に依存する、より高度な製造プロセスも必要です。アルミニウム合金などの金属や、自動車や航空宇宙の製造でよく使用される炭素繊維ポリマー複合材などの高度な材料は、軽量化 (ファスナーを使用すると構造に重量が追加される) と、より信頼性の高い接合を作成するために接着が必要です。
従来のアルミニウム仕上げ技術には、サンドブラスト、溶剤拭き取り、その後の研磨 (研磨パッドを使用) または陽極酸化が含まれます。接着剤による接合は、従来の仕上げでは対応できなかった、より自動化されたプロセスへの扉を開きます。
陽極酸化は航空宇宙用途でより一般的であり、厳しい仕様を満たすためにこのより高価でより厳しい準備が使用されます。サンドブラストと手作業による研磨技術に固有のばらつきは、より制御されたプロセスが必要であることを明確に示しています。
レーザー洗浄またはレーザーアブレーションは、より正確で環境にやさしく、自動化可能で効率的な金属および複合材表面の洗浄処理方法として、このプロセスのギャップを埋めます。これらの材料の表面に見られる汚染の種類は、レーザー加工によって簡単に除去されます。
レーザー洗浄は非常に強力であるため、表面への影響を正確に知ることが重要です。適切に処理された表面と、過小または過剰に処理された表面との違いを評価することは非常に困難です。レーザー プロセス自体と同じくらい高感度で正確な定量的プロセス検証技術により、製造業者は、金属および複合材の表面が完全に接合の準備ができていることを確信できます。
次のフォーチュン レーザーでは、レーザー クリーニングを選択する理由を詳しく紹介します。
1 –レーザー洗浄とは?
レーザー処理は、非常に正確なサーマル クリーニング技術であり、集束された、多くの場合パルス化されたレーザー ビームを使用して、材料表面のごく一部を除去 (アブレーション) することによって機能します。レーザーは表面を照射して原子を除去し、非常に硬い材料に非常に小さくて深い穴を開け、表面に薄膜またはナノ粒子を生成するために使用できます。
この表面洗浄プロセスは、汚染物質や残留物のこのような小さな層を対象とする能力があるため、非常に効果的です。アルミニウムの表面には、接着剤接合に有害な酸化物と潤滑油が含まれており、複合材料には、接着剤と強力な化学結合を形成できない残留離型剤やその他のシリコーン汚染物質が含まれていることがよくあります。
これらの残留物が存在する表面に接着剤を塗布すると、材料の最上部の分子層にあるオイルとシリコンに化学的に接着しようとします。これらの結合は非常に弱く、性能テスト中または製品の使用中に必然的に失敗します。表面と接着剤またはコーティングが接触する点で接合部が壊れる場合、これは界面破壊と呼ばれます。重ね剪断試験中の凝集破壊は、接着剤自体の中で破断が発生した場合です。これは、非常に強力な結合と、弾力性があり長持ちする組み立てられた構造であることを示しています。
レーザー処理されたこれらの複合材サンプルの凝集破壊は、接合されている材料の両面に接着剤が付着していることを示しています。
処理されていないこれらの複合材サンプルの界面破壊は、接着剤が一方の面にのみ付着し、もう一方の面は完全に剥がれたことを示しています。
凝集障害がある場合、無駄に手放すことのない界面結合があります。表面処理は、表面を改質して汚染物質を除去し、耐久性と信頼性の高い接着のために接着剤と化学的に融合できる表面を作成または露出させることを目的としています。
2- レーザー処理された表面が接着可能かどうかを知る方法
IJAA の論文で言及されているように、経時的な処理の劣化を理解するために使用される接触角測定は、レーザー洗浄プロセスを監視および検証するための非常に優れた方法です。
接触角の測定は、レーザー処理されている表面で発生している分子の変化に敏感です。表面に置かれた液体の滴は、表面の微視的な汚染の量に正確に関連して上昇または下降します。接触角の測定は、接着力の絶え間ない指標であり、処理の強度が材料の洗浄ニーズとどの程度一致しているかを明確に可視化することができます。
接触角の測定値は、分光法によって検出された汚染物質レベルの変化と見事に相関しています。表面上の汚染物質のほとんどの精密測定は、製造業者が購入するのに適しておらず、実際に製造されている実際の部品に使用できない機器を使用して行われます.
製造ラインで処理前後に接触角測定が可能マニュアルまた自動測定ツール.大量生産、高精度製造の自動化のニーズにより、時代遅れの表面処理方法がレーザー洗浄に取って代わられるように、接触角測定もまた、ダインインクやウォーターブレークテストなどの主観的で不正確な表面品質テストを時代遅れにします。
強度性能試験は、処理中の材料のサンプルを調べるだけであり、スクラップ率が高くなり、より強力な結合を作成する方法については何も示されません.生産ライン全体で接触角を使用すると、プロセスで調整が必要な場所を正確に示すことができ、何をどの程度調整する必要があるかについての洞察を得ることができます。
3- レーザークリーニングを使用する理由
レーザー表面処理が接着性を向上させる方法については、多くの優れた研究が行われています。例えば、Journal of Adhesionに掲載された論文従来の方法とは対照的に、レーザー洗浄によってどれだけ接合強度が向上するかを調査しました。
「実験結果は、予備接着レーザー表面処理が、未処理および陽極酸化基材と比較して、変性エポキシ結合アルミニウム試験片のせん断強度を大幅に改善したことを示しています。約 0.2 J/Pulse/cm2 のレーザー エネルギーで最良の結果が得られ、シングル ラップせん断強度は、未処理の Al 合金と比較して 600 ～ 700%、クロム酸陽極酸化前処理と比較して 40% 向上しました。
治療中にレーザーパルスの数が増加するにつれて、破壊モードは接着性から凝集性に変化しました。後者の現象は、電子顕微鏡によって明らかにされた形態変化、およびオージェ分光法と赤外線分光法によって示された化学修飾と相関しています。」
レーザー アブレーションのもう 1 つの興味深い効果は、時間が経っても劣化しない表面を作成する能力です。
フォーチュンレーザーは、いくつかの驚くべき方法でレーザー洗浄が表面とどのように相互作用するかを調べる素晴らしい仕事をしました。アルミニウムのレーザー処理により、表面に小さなクレーターが作成されます。このクレーターは、溶融すると同時に凝固して、アルミニウム自体よりもさらに耐食性に優れた表面の微結晶層になります。
下のグラフを見ると、レーザー処理されたアルミニウムと化学処理されたアルミニウムを使用した接合のせん断強度の違いが示されています。時間が経つにつれて、表面が湿った環境にさらされると、湿気が表面を腐食し始めるため、化学処理された表面の接着能力が大幅に低下しますが、レーザー処理された表面は、数週間の暴露後も耐腐食性を保持します。
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投稿時間: 2022 年 8 月 12 日
