Produsenter er alltid på utkikk etter å lage produkter som er sterkere, mer holdbare og mer pålitelige, så vel som i bil- og luftfartssektoren. I denne jakten oppgraderer og erstatter de ofte materialsystemer med metalllegeringer med lavere tetthet, bedre temperatur- og korrosjonsbestandighet. Dette gir produsentene et bedre fotfeste i markedet.
Egentlig er det bare halve historien.
En enda sterkere strategisk fordel er kvantifiserbar sikkerhet om et produkts styrke, holdbarhet og pålitelighet.
Å bytte ut eldre materialer med sterkere kan være en god start, men det krever også mer avanserte produksjonsprosesser som er avhengige av renere og mer effektiv overflaterengjøring for å skape sterke strukturer. Metaller som aluminiumslegeringer og avanserte materialer som karbonfiberpolymerkompositter, ofte brukt i bil- og luftfartsproduksjon, krever liming for å redusere vekt – når festemidler brukes, legges det til vekt på strukturen – og for å skape mer pålitelige skjøter.
Tradisjonelle teknikker for overflatebehandling av aluminium inkluderer sandblåsing, løsemiddeltørking, etterfulgt av sliping (med skurepute) eller anodisering. Liming åpner døren for mer automatiserte prosesser som tradisjonelle overflater ikke er kompatible med.
Anodisering er mer vanlig i luftfartsapplikasjoner der denne dyrere og mer strenge forberedelsen brukes for å oppfylle strenge spesifikasjoner. Den iboende variasjonen i sandblåsing og manuelle slipeteknikker viser tydelig at en mer kontrollert prosess er på sin plass.
Laserrengjøring eller laserablasjon fyller dette prosesshullet som en mer presis, miljøvennlig, automatiserbar og effektiv metode for behandling av metall- og komposittoverflater for rengjøring. De typene forurensning som finnes på overflaten av disse materialene fjernes enkelt ved laserbehandling.
Fordi laserrengjøring er så kraftig, er det viktig å vite nøyaktig hvordan det påvirker overflaten din. Forskjellen mellom en riktig behandlet overflate og en under- eller overbehandlet overflate kan være ekstremt vanskelig å vurdere. Med kvantitativ prosessverifiseringsteknologi som er like følsom og presis som selve laserprosessen, kan produsenter være trygge på at metall- og komposittoverflatene deres er helt klare for liming.
Følgende Fortune-laser vil gi deg en detaljert innføring i grunnene til å velge laserrengjøring.
1 –Hva er laserrensing?
Laserbehandling er en ekstremt presis, termisk rengjøringsteknikk som fungerer ved å fjerne (ablasjon) ørsmå brøkdeler av en materialoverflate gjennom en fokusert, ofte pulserende, laserstråle. Laseren bestråler overflaten for å fjerne atomer og kan brukes til å bore ekstremt små, dype hull gjennom svært harde materialer, og produsere tynne filmer eller nanopartikler på en overflate.
Denne overflaterengjøringsprosessen er så effektiv på grunn av dens evne til å målrette slike små lag med forurensninger og rester. Aluminiumsoverflater inneholder oksider og smøreoljer som er skadelige for limforbindelsen, og kompositter beholder ofte rester av muggsopp og andre silikonforurensninger som ikke kan danne sterke kjemiske bindinger med lim.
Når et lim påføres en overflate med en av disse restene tilstede, vil det forsøke å feste seg kjemisk til oljene og silikonet i de øverste molekylære lagene av materialet. Disse bindingene er ekstremt svake og vil uunngåelig svikte enten under ytelsestester eller under bruk av produktet. Når skjøter brytes på det punktet der overflaten og limet eller belegget møtes, kalles dette en grenseflatefeil. Kohesjonsbrudd under overlappskjærtesting er når bruddet skjer i selve limet. Dette indikerer en veldig sterk binding og en montert struktur som er spenstig og langvarig.
Kohesjonsbrudd i disse komposittprøvene som har blitt laserbehandlet viser limet på begge sider av materialene som skal limes.
Grensesnittssvikt i disse komposittprøvene som ikke ble behandlet viser at limet bare festet seg til én av sidene og slapp helt taket på den andre.
Når man har kohesiv svikt, har man en grenseflatebinding som ikke slipper taket uten videre. Overflatebehandlinger tar sikte på å modifisere overflaten for å fjerne forurensninger og skape eller avdekke en overflate som vil være i stand til å smelte kjemisk sammen med limet for holdbare og pålitelige bindinger.
2- Hvordan vite om den laserbehandlede overflaten din er klar for liming
Kontaktvinkelmålinger, som de som er nevnt i IJAA-artikkelen som brukes til å forstå nedbrytningen av behandlinger over tid, er en usedvanlig god måte å overvåke og verifisere laserrengjøringsprosesser på.
En kontaktvinkelmåling er følsom for de molekylære endringene som skjer på en overflate som laserbehandles. Væskedråpen som plasseres på overflaten vil stige eller synke i nøyaktig forhold til mengden mikroskopisk forurensning på overflaten. Kontaktvinkelmålinger er en uopphørlig indikator på vedheft og kan gi klarhet og innsikt i hvor sterk behandlingen er i samsvar med materialenes rengjøringsbehov.
Kontaktvinkelmålinger korrelerer vakkert med endringene i forurensningsnivåer som oppdages av spektroskopimetoder. De fleste presisjonsmålinger av forurensninger på overflater gjøres med utstyr som ikke er mulig for produsenter å kjøpe, og som uansett ikke kan brukes på ekte deler som faktisk produseres.
Kontaktvinkelmålinger kan utføres rett før og etter behandling på produksjonslinjen medhåndbokellerautomatiserte måleverktøyAkkurat som laserrengjøring erstatter utdaterte overflatebehandlingsmetoder på grunn av automatiseringsbehovene ved høyvolums- og høypresisjonsproduksjon, gjør kontaktvinkelmålinger også subjektive og upresise overflatekvalitetstester som dyn-blekk og vannbruddstester overflødige.
Styrketester undersøker bare et utvalg av materialene som behandles, noe som øker skrapraten og ikke gir noen indikasjon på hvordan man kan skape en sterkere binding. Kontaktvinkler, når de brukes gjennom en produksjonslinje, kan peke på nøyaktig hvor prosessen krever justering, og kan gi innsikt i hva som må justeres og i hvilken grad.
3– Hvorfor bruke laserrengjøring?
Det har vært mye god forskning på hvordan laseroverflatebehandling forbedrer vedheft. For eksempel,en artikkel publisert i Journal of Adhesionutforsket hvor mye skjøtstyrken forbedres ved laserrengjøring i motsetning til tradisjonelle metoder.
«Eksperimentelle resultater indikerer at overflatebehandling med preadhesjonslaser forbedret skjærstyrken til modifisert epoksybundne aluminiumprøver betydelig sammenlignet med ubehandlede og anodiserte underlag. De beste resultatene ble oppnådd med laserenergi på omtrent 0,2 J/puls/cm2, hvor skjærstyrken i én omgang ble forbedret med 600–700 % sammenlignet med ubehandlet aluminiumlegering, og med 40 % sammenlignet med forbehandling med kromsyreanodisering.»
Sviktmåten endret seg fra klebende til kohesiv etter hvert som antallet laserpulser økte under behandlingen. Sistnevnte fenomen har blitt korrelert med morfologiske endringer som avslørt ved elektronmikroskopi, og kjemisk modifisering som indikert ved Auger- og infrarødspektroskopi.
En annen interessant effekt av laserablasjon er kraften den har til å skape en overflate som ikke brytes ned over tid.
Lykkelaserhar gjort et fantastisk arbeid med å undersøke hvordan laserrengjøring samhandler med overflater på noen overraskende måter. Laserbehandling av aluminium skaper små kratere i overflaten som smelter og nesten samtidig størkner til et mikrokrystallinsk lag på overflaten som er enda mer korrosjonsbestandig enn selve aluminiumet.
Tabellen nedenfor viser forskjellen mellom skjærstyrken til en binding mellom aluminium som er laserbehandlet og aluminium som er kjemisk behandlet. Over tid, etter hvert som overflatene har blitt utsatt for et fuktig miljø, reduseres den kjemisk behandlede overflatens evne til å binde seg godt betydelig fordi fuktigheten begynner å korrodere overflaten, mens den laserbehandlede overflaten beholder sin korrosjonsmotstand etter ukers eksponering.
Publisert: 12. august 2022
