Fabrikanten zijn altijd op zoek naar sterkere, duurzamere en betrouwbaardere producten, ook in de automobiel- en luchtvaartsector. In dit streven upgraden en vervangen ze regelmatig materiaalsystemen door metaallegeringen met een lagere dichtheid, betere temperatuur- en corrosiebestendigheid. Dit geeft fabrikanten een sterkere positie in de markt.
Eigenlijk is dat maar de helft van het verhaal.
Een nog sterker strategisch voordeel is de kwantificeerbare zekerheid over de sterkte, duurzaamheid en betrouwbaarheid van een product.
Het vervangen van oudere materialen door sterkere materialen kan een goed begin zijn, maar vereist ook geavanceerdere productieprocessen die vertrouwen op schonere en efficiëntere oppervlaktereiniging om sterkere structuren te creëren. Metalen zoals aluminiumlegeringen en geavanceerde materialen zoals koolstofvezelpolymeercomposieten, vaak gebruikt in de auto- en lucht- en ruimtevaart, vereisen verlijming om gewicht te besparen – bij het gebruik van bevestigingsmiddelen wordt gewicht aan de constructie toegevoegd – en om betrouwbaardere verbindingen te creëren.
Traditionele aluminiumafwerkingstechnieken omvatten zandstralen, afnemen met oplosmiddel, gevolgd door slijpen (met een schuurspons) of anodiseren. Lijmen maakt de weg vrij voor meer geautomatiseerde processen waarvoor traditionele afwerkingen niet geschikt zijn.
Anodiseren komt vaker voor in de lucht- en ruimtevaart, waar deze duurdere en strengere voorbereiding wordt gebruikt om aan strenge specificaties te voldoen. De inherente variabiliteit van zandstralen en handmatige schuurtechnieken toont duidelijk aan dat een meer gecontroleerd proces nodig is.
Laserreiniging of laserablatie vult deze lacune in het proces als een nauwkeurigere, milieuvriendelijkere, automatiseerbare en efficiëntere methode voor het reinigen van metaal- en composietoppervlakken. De soorten verontreinigingen die zich op het oppervlak van deze materialen bevinden, kunnen eenvoudig worden verwijderd met laserbewerking.
Omdat laserreiniging zo krachtig is, is het cruciaal om precies te weten hoe het uw oppervlak beïnvloedt. Het verschil tussen een goed behandeld oppervlak en een onder- of overbehandeld oppervlak kan extreem moeilijk te bepalen zijn. Met kwantitatieve procesverificatietechnologie die net zo gevoelig en nauwkeurig is als het laserproces zelf, kunnen fabrikanten erop vertrouwen dat hun metaal- en composietoppervlakken volledig klaar zijn voor verlijming.
De volgende Fortune laser geeft u een uitgebreide introductie over de redenen om voor laserreiniging te kiezen.
1 –Wat is laserreiniging??
Laserbehandeling is een uiterst precieze, thermische reinigingstechniek die werkt door kleine fracties van een materiaaloppervlak te verwijderen (ablatie) met een gefocusseerde, vaak gepulste, laserstraal. De laser bestraalt het oppervlak om atomen te verwijderen en kan worden gebruikt voor het boren van extreem kleine, diepe gaten in zeer harde materialen, waardoor dunne films of nanodeeltjes op een oppervlak ontstaan.
Dit oppervlaktereinigingsproces is zo effectief omdat het zulke kleine laagjes verontreinigingen en resten aanpakt. Aluminium oppervlakken bevatten oxiden en smeeroliën die schadelijk zijn voor de lijmverbinding, en composieten houden vaak resten van mallen en andere siliconenverontreinigingen vast die geen sterke chemische verbindingen met lijm kunnen vormen.
Wanneer een lijm wordt aangebracht op een oppervlak met een van deze residuen, zal deze proberen zich chemisch te hechten aan de oliën en siliconen in de bovenste moleculaire lagen van het materiaal. Deze verbindingen zijn extreem zwak en zullen onvermijdelijk falen tijdens prestatietests of tijdens het gebruik van het product. Wanneer verbindingen breken op het punt waar het oppervlak en de lijm of coating elkaar raken, wordt dit een interfaciale breuk genoemd. Cohesieve breuk tijdens een overlappingstest is wanneer de breuk plaatsvindt in de lijm zelf. Dit wijst op een zeer sterke verbinding en een samengestelde structuur die veerkrachtig en duurzaam is.
Cohesiefalie van deze composietmonsters die met een laser zijn behandeld, toont aan dat de lijm aan beide zijden van de te verlijmen materialen vastzit.
Het grensvlakfalen van deze onbehandelde composietmonsters laat zien dat de lijm slechts aan één zijde hechtte en aan de andere zijde volledig losliet.
Bij cohesieve breuk is er sprake van een grensvlakverbinding die niet zomaar loslaat. Oppervlaktebehandelingen zijn gericht op het modificeren van het oppervlak om verontreinigingen te verwijderen en een oppervlak te creëren of te onthullen dat chemisch kan fuseren met de lijm voor duurzame en betrouwbare verbindingen.
2- Hoe weet u of uw laserbehandelde oppervlak klaar is voor hechting?
Contacthoekmetingen, zoals genoemd in het IJAA-artikel, worden gebruikt om inzicht te krijgen in de degradatie van behandelingen in de loop van de tijd. Ze vormen een buitengewoon goede manier om laserreinigingsprocessen te bewaken en te verifiëren.
Een contacthoekmeting is gevoelig voor de moleculaire veranderingen die optreden op een oppervlak dat met een laser wordt behandeld. De druppel vloeistof die op het oppervlak wordt geplaatst, zal stijgen of dalen in exacte verhouding tot de hoeveelheid microscopische verontreiniging op het oppervlak. Contacthoekmetingen zijn een betrouwbare indicator van de hechting en kunnen duidelijkheid en inzicht bieden in hoe goed de sterkte van de behandeling is afgestemd op de reinigingsbehoeften van de materialen.
Contacthoekmetingen correleren prachtig met de veranderingen in verontreinigingsniveaus die door spectroscopiemethoden worden gedetecteerd. De meeste precisiemetingen van verontreinigingen op oppervlakken worden uitgevoerd met apparatuur die fabrikanten niet zelf kunnen aanschaffen en die sowieso niet gebruikt kunnen worden op onderdelen die daadwerkelijk worden geproduceerd.
Contacthoekmetingen kunnen direct vóór en na de behandeling op de productielijn worden uitgevoerd methandmatigofgeautomatiseerde meetinstrumentenNet zoals laserreiniging ouderwetse methoden voor oppervlaktevoorbereiding vervangt vanwege de automatiseringsbehoeften van de productie van grote volumes en hoge precisie, maken contacthoekmetingen subjectieve en onnauwkeurige tests voor de oppervlaktekwaliteit, zoals dyne-inkt en waterbreuktests, overbodig.
Sterktetests onderzoeken slechts een steekproef van de te verwerken materialen, wat bijdraagt aan de afvalproductie en geen indicatie geeft over hoe een sterkere verbinding kan worden gecreëerd. Contacthoeken, gebruikt in een productielijn, kunnen precies aangeven waar het proces moet worden aangepast en kunnen inzicht geven in wat en in welke mate moet worden aangepast.
3- Waarom laserreiniging gebruiken?
Er is veel gedegen onderzoek gedaan naar de manieren waarop laseroppervlaktebehandeling de hechting verbetert. Bijvoorbeeld:een artikel gepubliceerd in het Journal of Adhesiononderzocht in hoeverre de sterkte van verbindingen toeneemt door laserreiniging in vergelijking met de traditionele methoden.
Experimentele resultaten geven aan dat oppervlaktebehandeling met preadhesielaser de schuifsterkte van aluminiummonsters verlijmd met gemodificeerde epoxyhars aanzienlijk verbeterde in vergelijking met onbehandelde en geanodiseerde substraten. De beste resultaten werden behaald met een laserenergie van ongeveer 0,2 J/puls/cm², waarbij de schuifsterkte met één overlapping met 600-700% verbeterde in vergelijking met die van onbehandelde aluminiumlegeringen, en met 40% in vergelijking met een voorbehandeling met chroomzuuranodisatie.
De faalwijze veranderde van adhesief naar cohesief naarmate het aantal laserpulsen tijdens de behandeling toenam. Dit laatste fenomeen is gecorreleerd met morfologische veranderingen, zoals aangetoond door elektronenmicroscopie, en chemische modificatie, zoals aangegeven door Auger- en infraroodspectroscopie.
Een ander interessant effect van laserablatie is het vermogen om een oppervlak te creëren dat niet verslechtert in de loop van de tijd.
Fortune Laserheeft geweldig werk verricht door te onderzoeken hoe laserreiniging op verrassende manieren met oppervlakken interageert. Laserbehandeling van aluminium creëert kleine kraters in het oppervlak die smelten en bijna gelijktijdig stollen tot een microkristallijne laag op het oppervlak die nog corrosiebestendiger is dan het aluminium zelf.
De onderstaande grafiek laat het verschil zien tussen de schuifsterkte van een verbinding tussen aluminium dat met een laser is behandeld en aluminium dat chemisch is behandeld. Na verloop van tijd, wanneer de oppervlakken zijn blootgesteld aan een vochtige omgeving, neemt het vermogen van het chemisch behandelde oppervlak om goed te hechten aanzienlijk af, omdat het vocht het oppervlak begint te corroderen. Het laserbehandelde oppervlak behoudt daarentegen zijn corrosiebestendigheid na wekenlange blootstelling.
Plaatsingstijd: 12-08-2022
