Fabrikanten, met name in de auto- en luchtvaartindustrie, streven er voortdurend naar om producten te maken die sterker, duurzamer en betrouwbaarder zijn. Daarom upgraden en vervangen ze vaak materiaalsystemen door metaallegeringen met een lagere dichtheid en betere temperatuur- en corrosiebestendigheid. Dit geeft fabrikanten een sterkere positie op de markt.
Dat is echter maar de helft van het verhaal.
Een nog sterker strategisch voordeel is meetbare zekerheid over de sterkte, duurzaamheid en betrouwbaarheid van een product.
Het vervangen van oudere materialen door sterkere kan een goede eerste stap zijn, maar het vereist ook geavanceerdere productieprocessen die afhankelijk zijn van een schonere en efficiëntere oppervlaktereiniging om sterke structuren te creëren. Metalen zoals aluminiumlegeringen en geavanceerde materialen zoals koolstofvezelcomposieten, die vaak worden gebruikt in de auto- en luchtvaartindustrie, vereisen verlijming om gewicht te besparen – het gebruik van bevestigingsmiddelen voegt gewicht toe aan de structuur – en om betrouwbaardere verbindingen te creëren.
Traditionele afwerkingstechnieken voor aluminium omvatten zandstralen, afvegen met oplosmiddelen, gevolgd door slijpen (met een schuurspons) of anodiseren. Lijmverbindingen maken de weg vrij voor meer geautomatiseerde processen waarvoor traditionele afwerkingstechnieken niet geschikt zijn.
Anodiseren komt vaker voor in de lucht- en ruimtevaart, waar deze duurdere en strengere voorbereiding nodig is om aan strikte specificaties te voldoen. De inherente variabiliteit van zandstralen en handmatig schuren laat duidelijk zien dat een meer gecontroleerd proces wenselijk is.
Laserreiniging of laserablatie vult deze lacune in het proces op als een nauwkeurigere, milieuvriendelijkere, automatiseerbare en efficiënte methode voor het reinigen van metalen en composietoppervlakken. De soorten vervuiling die op het oppervlak van deze materialen voorkomen, kunnen gemakkelijk worden verwijderd door laserbewerking.
Omdat laserreiniging zo krachtig is, is het cruciaal om precies te weten hoe het uw oppervlak beïnvloedt. Het verschil tussen een correct behandeld oppervlak en een onder- of overbehandeld oppervlak kan extreem moeilijk te beoordelen zijn. Met kwantitatieve procesverificatietechnologie die net zo gevoelig en nauwkeurig is als het laserproces zelf, kunnen fabrikanten erop vertrouwen dat hun metalen en composietoppervlakken volledig klaar zijn voor verlijming.
Het volgende artikel van Fortune Laser geeft u een gedetailleerde introductie tot de redenen om voor laserreiniging te kiezen.
1 –Wat is laserreiniging??
Laserbehandeling is een uiterst precieze, thermische reinigingstechniek die werkt door minuscule fracties van een materiaaloppervlak te verwijderen (ablatie) met behulp van een gefocusseerde, vaak gepulseerde, 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, het produceren van dunne films of nanodeeltjes op een oppervlak.
Dit oppervlaktereinigingsproces is zo effectief omdat het zelfs de kleinste laagjes verontreinigingen en resten kan verwijderen. Aluminiumoppervlakken bevatten oxiden en smeeroliën die de hechting van lijm belemmeren, en composieten bevatten vaak resten van lossingsmiddelen en andere siliconenverontreinigingen die geen sterke chemische bindingen met lijm kunnen vormen.
Wanneer een lijm wordt aangebracht op een oppervlak waarop een van deze resten aanwezig is, zal deze proberen chemisch te hechten aan de oliën en siliconen in de bovenste moleculaire lagen van het materiaal. Deze bindingen zijn extreem zwak en zullen onvermijdelijk bezwijken, hetzij tijdens prestatietests, hetzij tijdens het gebruik van het product. Wanneer verbindingen breken op het punt waar het oppervlak en de lijm of coating elkaar raken, spreekt men van een grensvlakbreuk. Cohesieve breuk tijdens een schuifproef treedt op wanneer de breuk zich binnen de lijm zelf voordoet. Dit duidt op een zeer sterke verbinding en een samengestelde structuur die veerkrachtig en duurzaam is.
Bij deze met laser behandelde composietmonsters treedt cohesief falen op, wat aantoont dat de lijm aan beide zijden van de materialen aan elkaar hecht.
Bij deze onbehandelde composietmonsters bleek dat de lijm slechts aan één zijde hechtte en de andere zijde volledig losliet.
Bij cohesieve breuk is er sprake van een hechtingsprobleem dat niet zomaar loslaat. Oppervlaktebehandelingen zijn erop gericht het oppervlak te modificeren om verontreinigingen te verwijderen en een oppervlak te creëren of bloot te leggen dat chemisch kan versmelten met de lijm voor duurzame en betrouwbare verbindingen.
2- Hoe weet u of uw laserbehandelde oppervlak klaar is voor hechting?
Contacthoekmetingen, zoals die in het IJAA-artikel worden genoemd en die worden gebruikt om de degradatie van behandelingen in de loop van de tijd te begrijpen, zijn een uitermate goede manier om laserreinigingsprocessen te monitoren 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 hechting en kunnen duidelijkheid en inzicht bieden in de mate waarin de sterkte van de behandeling aansluit bij de reinigingsbehoeften van de materialen.
Contacthoekmetingen correleren prachtig met de veranderingen in verontreinigingsniveaus die met spectroscopische methoden worden vastgesteld. De meeste nauwkeurige metingen van verontreinigingen op oppervlakken worden uitgevoerd met apparatuur die voor fabrikanten niet haalbaar is om aan te schaffen en die sowieso niet gebruikt zou kunnen worden op daadwerkelijk geproduceerde onderdelen.
Contacthoekmetingen kunnen direct voor en na de behandeling op de productielijn worden uitgevoerd.handmatigofgeautomatiseerde meetinstrumentenNet zoals laserreiniging verouderde oppervlaktevoorbereidingsmethoden vervangt vanwege de automatiseringsbehoeften van grootschalige, uiterst nauwkeurige productie, maken contacthoekmetingen ook subjectieve en onnauwkeurige oppervlaktekwaliteitstests zoals dyne-inkttests en waterbreuktests overbodig.
Sterkteproeven onderzoeken slechts een steekproef van de te verwerken materialen, wat leidt tot een hoger afvalpercentage en geen indicatie geeft van hoe een sterkere verbinding tot stand kan worden gebracht. Contacthoeken, wanneer ze in een hele productielijn worden toegepast, kunnen precies aangeven waar het proces moet worden bijgesteld en inzicht geven in wat er moet worden aangepast en in welke mate.
3Waarom laserreiniging gebruiken?
Er is veel uitstekend onderzoek gedaan naar de manieren waarop laseroppervlaktebehandeling de hechting verbetert. Bijvoorbeeld:een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Journal of Adhesiononderzocht in hoeverre de sterkte van gewrichten wordt verbeterd door laserreiniging in vergelijking met traditionele methoden.
“Experimentele resultaten tonen aan dat een laserbehandeling voorafgaand aan de hechting de schuifsterkte van met gemodificeerde epoxyhars gebonden aluminiummonsters 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 van een enkele overlap met 600-700% verbeterde ten opzichte van die van onbehandelde aluminiumlegering, en met 40% ten opzichte van een voorbehandeling met chroomzuuranodisatie.
De wijze van breuk 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 modificaties zoals aangegeven door Auger- en infraroodspectroscopie.
Een ander interessant effect van laserablatie is het vermogen om een oppervlak te creëren dat na verloop van tijd niet degradeert.
Fortune Laserheeft uitstekend onderzoek gedaan naar de verrassende interactie tussen laserreiniging en oppervlakken. Laserbehandeling van aluminium creëert kleine kraters in het oppervlak die smelten en vrijwel gelijktijdig stollen tot een microkristallijne laag die zelfs corrosiebestendiger is dan het aluminium zelf.
Onderstaande grafiek toont het verschil in afschuifsterkte tussen laserbehandeld en chemisch behandeld aluminium. Na verloop van tijd, wanneer de oppervlakken worden 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 aan te tasten. Het laserbehandelde oppervlak behoudt daarentegen zijn corrosiebestendigheid, zelfs na wekenlange blootstelling.
Geplaatst op: 12 augustus 2022
