제조업체들은 자동차 및 항공우주 분야를 포함한 모든 산업에서 더욱 강력하고 내구성이 뛰어나며 신뢰할 수 있는 제품을 만들기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 이러한 노력의 일환으로, 제조업체들은 밀도가 낮고 내열성 및 내식성이 우수한 금속 합금으로 소재 시스템을 업그레이드하거나 교체하는 경우가 많습니다. 이는 제조업체들에게 시장에서의 경쟁력을 강화시켜 줍니다.
사실 그건 이야기의 절반에 불과해요.
제품의 강도, 내구성 및 신뢰성에 대한 정량화 가능한 확실성은 훨씬 더 강력한 전략적 이점입니다.
오래된 재료를 더 강한 재료로 교체하는 것은 좋은 시작일 수 있지만, 더 강력한 구조물을 만들기 위해서는 더욱 깨끗하고 효율적인 표면 세척에 기반한 첨단 제조 공정이 필요합니다. 자동차 및 항공우주 제조에 자주 사용되는 알루미늄 합금과 같은 금속 및 탄소 섬유 폴리머 복합재와 같은 첨단 소재는 무게를 줄이고(패스너를 사용하면 구조물의 무게가 증가함) 더욱 견고한 접합부를 만들기 위해 접합이 필요합니다.
전통적인 알루미늄 마감 기술에는 샌드블라스팅, 용제 세척 후 연마(수세미 사용) 또는 양극 산화 처리가 있습니다. 접착제를 이용한 접합은 기존 마감 방식으로는 불가능했던 자동화 공정의 가능성을 열어줍니다.
양극 산화 처리는 항공우주 분야에서 더 흔하게 사용되는데, 이러한 고비용의 공정은 엄격한 사양을 충족하기 위해 사용됩니다. 샌드블라스팅 및 수동 연마 기술의 본질적인 변동성은 보다 통제된 공정이 필요함을 분명히 보여줍니다.
레이저 세척 또는 레이저 어블레이션은 금속 및 복합재 표면 세척을 위한 보다 정밀하고 친환경적이며 자동화 가능하고 효율적인 방법으로, 기존 공정의 공백을 메워줍니다. 이러한 재료 표면에서 발견되는 다양한 오염 물질은 레이저 가공을 통해 쉽게 제거할 수 있습니다.
레이저 세척은 매우 강력한 기술이기 때문에 표면에 미치는 영향을 정확히 파악하는 것이 매우 중요합니다. 적절하게 처리된 표면과 과다 또는 불충분하게 처리된 표면의 차이를 구별하는 것은 극히 어려울 수 있습니다. 레이저 공정 자체만큼 민감하고 정밀한 정량적 공정 검증 기술을 통해 제조업체는 금속 및 복합재 표면이 접착에 완벽하게 준비되었음을 확신할 수 있습니다.
다음 포춘 레이저 영상은 레이저 세척을 선택해야 하는 이유에 대해 자세히 소개합니다.
1 –레이저 클리닝이란 무엇인가요??
레이저 처리는 매우 정밀한 열 세척 기술로, 집중된 펄스형 레이저 빔을 이용하여 재료 표면의 미세한 부분을 제거(삭제)하는 방식입니다. 레이저는 표면에 조사되어 원자를 제거하며, 매우 단단한 재료에 아주 작고 깊은 구멍을 뚫거나, 표면에 얇은 막이나 나노 입자를 생성하는 데에도 사용할 수 있습니다.
이 표면 세척 공정은 미세한 오염물질과 잔류물까지 제거할 수 있기 때문에 매우 효과적입니다. 알루미늄 표면에는 접착력을 저해하는 산화물과 윤활유가 함유되어 있으며, 복합재료에는 접착제와 강력한 화학 결합을 형성할 수 없는 잔류 이형제 및 기타 실리콘 오염물질이 남아 있는 경우가 많습니다.
접착제를 이러한 잔류물이 있는 표면에 도포하면 접착제는 재료의 최상층 몇 개 분자층에 있는 오일과 실리콘에 화학적으로 접착하려고 합니다. 이러한 결합은 매우 약하여 성능 테스트 또는 제품 사용 중에 필연적으로 파손됩니다. 표면과 접착제 또는 코팅이 만나는 지점에서 접합부가 파손되는 것을 계면 파손이라고 합니다. 겹침 전단 테스트 중 발생하는 응집 파손은 파손이 접착제 자체 내부에서 발생하는 경우입니다. 이는 매우 강력한 결합과 탄력적이고 오래 지속되는 조립 구조를 나타냅니다.
레이저 처리된 이 복합재 시편의 응집 파괴는 접착된 재료의 양면에 접착제가 존재함을 보여줍니다.
처리되지 않은 이 복합재 샘플의 계면 파손은 접착제가 한쪽 면에만 붙고 다른 쪽 면에서는 완전히 떨어져 나갔음을 보여줍니다.
접착력 파괴가 발생하면 계면 결합이 어떤 이유로든 쉽게 떨어지지 않습니다. 표면 처리는 표면의 오염 물질을 제거하고 접착제와 화학적으로 융합되어 내구성이 뛰어나고 신뢰할 수 있는 결합을 형성할 수 있는 표면을 만들거나 드러내는 것을 목표로 합니다.
2레이저 처리된 표면이 접착에 적합한지 확인하는 방법
IJAA 논문에서 언급된 것처럼 시간이 지남에 따라 처리가 저하되는 현상을 이해하기 위해 사용되는 접촉각 측정은 레이저 세척 공정을 모니터링하고 검증하는 데 매우 효과적인 방법입니다.
접촉각 측정은 레이저 처리되는 표면에서 발생하는 분자 변화에 민감합니다. 표면에 떨어뜨린 액체 방울은 표면의 미세 오염 물질 양에 정확히 비례하여 오르내립니다. 접촉각 측정은 접착력을 확실하게 보여주는 지표이며, 처리 강도가 재료의 세척 요구 사항에 얼마나 잘 부합하는지 명확하게 파악할 수 있도록 해줍니다.
접촉각 측정값은 분광 분석법으로 측정한 오염물질 농도 변화와 매우 높은 상관관계를 보입니다. 표면 오염물질에 대한 정밀 측정은 대부분 제조업체가 구매하기에는 너무 비싸고, 실제로 생산되는 부품에는 적용할 수 없는 장비를 사용하여 이루어집니다.
접촉각 측정은 생산 라인에서 처리 직전과 직후에 즉시 수행할 수 있습니다.수동또는자동 측정 도구대량 생산 및 고정밀 제조의 자동화 요구로 인해 레이저 세척이 구식 표면 처리 방법을 대체한 것처럼, 접촉각 측정 또한 다인 잉크 테스트나 수분 파괴 테스트와 같은 주관적이고 부정확한 표면 품질 테스트를 쓸모없게 만듭니다.
강도 성능 테스트는 가공 중인 재료의 샘플만 검사하기 때문에 불량률을 높이고 더 강력한 결합을 만드는 방법을 제시하지 못합니다. 반면, 접촉각 측정을 생산 라인 전체에 적용하면 공정 조정이 필요한 정확한 지점을 파악하고, 어떤 부분을 어느 정도까지 조정해야 하는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
3- 레이저 세척을 사용하는 이유는 무엇일까요?
레이저 표면 처리가 접착력을 향상시키는 방법에 대한 훌륭한 연구들이 많이 진행되었습니다. 예를 들어,접착 저널(Journal of Adhesion)에 게재된 논문레이저 세척이 기존 방식에 비해 관절 강도를 얼마나 향상시키는지 자세히 살펴보았습니다.
실험 결과에 따르면, 접착 전 레이저 표면 처리는 미처리 및 양극 산화 처리된 기판에 비해 변성 에폭시 접합 알루미늄 시편의 전단 강도를 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 최적의 결과는 약 0.2 J/펄스/cm²의 레이저 에너지에서 얻어졌으며, 이 경우 단일 겹침 전단 강도는 미처리 알루미늄 합금에 비해 600~700%, 크롬산 양극 산화 전처리에 비해 40% 향상되었습니다.
레이저 펄스 수가 증가함에 따라 파괴 양상이 접착 파괴에서 응집 파괴로 변화했습니다. 이러한 현상은 전자 현미경으로 관찰된 형태학적 변화 및 오거 분광법과 적외선 분광법으로 확인된 화학적 변형과 관련이 있습니다.
레이저 어블레이션의 또 다른 흥미로운 효과는 시간이 지나도 손상되지 않는 표면을 만들어낼 수 있는 강력한 능력입니다.
포춘 레이저레이저 세척이 표면과 상호 작용하는 놀라운 방식에 대한 훌륭한 연구를 진행해 왔습니다. 알루미늄에 레이저 처리를 하면 표면에 미세한 구멍이 생기는데, 이 구멍의 금속이 녹으면서 거의 동시에 굳어지면서 알루미늄 자체보다 훨씬 더 부식에 강한 미세 결정층이 표면에 형성됩니다.
아래 차트를 보면 레이저 처리된 알루미늄과 화학 처리된 알루미늄을 사용했을 때의 전단 강도 차이를 알 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 습한 환경에 노출되면 화학 처리된 표면은 습기로 인해 부식이 발생하여 접착력이 크게 저하되는 반면, 레이저 처리된 표면은 수주간 노출 후에도 내식성을 유지합니다.
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게시 시간: 2022년 8월 12일
