Producătorii caută mereu să realizeze produse mai rezistente, mai durabile și mai fiabile, precum și în sectoarele auto și aerospațial. În acest scop, aceștia modernizează și înlocuiesc frecvent sistemele de materiale cu aliaje metalice cu densitate mai mică, rezistență mai bună la temperatură și coroziune. Acest lucru le oferă producătorilor o poziție mai bună pe piață.
De fapt, asta e doar jumătate din poveste.
Un avantaj strategic și mai puternic este certitudinea cuantificabilă cu privire la rezistența, durabilitatea și fiabilitatea unui produs.
Înlocuirea materialelor mai vechi cu unele mai rezistente poate fi un început bun, dar necesită și procese de fabricație mai avansate, care se bazează pe o curățare a suprafețelor mai curată și mai eficientă pentru a crea structuri rezistente. Metalele precum aliajele de aluminiu și materialele avansate, cum ar fi compozitele polimerice din fibră de carbon, adesea utilizate în producția auto și aerospațială, necesită lipire pentru a reduce greutatea - atunci când se utilizează elemente de fixare, se adaugă greutate structurii - și pentru a crea îmbinări mai fiabile.
Tehnicile tradiționale de finisare a aluminiului includ sablare, ștergere cu solvent, urmată de șlefuire (folosind un burete abraziv) sau anodizare. Lipirea adezivă deschide calea către procese mai automatizate pentru care finisajele tradiționale nu sunt compatibile.
Anodizarea este mai frecventă în aplicațiile aerospațiale, unde această pregătire mai scumpă și mai strictă este utilizată pentru a îndeplini specificații stricte. Variabilitatea inerentă a tehnicilor de sablare și abraziune manuală arată clar că este necesar un proces mai controlat.
Curățarea cu laser sau ablația cu laser umple această lacună în proces, fiind o metodă mai precisă, ecologică, automatizabilă și eficientă de tratare a suprafețelor metalice și compozite pentru curățare. Tipurile de contaminare găsite pe suprafața acestor materiale sunt ușor de îndepărtat prin procesarea cu laser.
Deoarece curățarea cu laser este atât de puternică, este esențial să știți exact cum afectează suprafața dumneavoastră. Diferența dintre o suprafață tratată corespunzător și o suprafață tratată insuficient sau excesiv poate fi extrem de dificil de evaluat. Cu o tehnologie de verificare cantitativă a procesului la fel de sensibilă și precisă ca procesul laser în sine, producătorii pot fi siguri că suprafețele lor metalice și compozite sunt complet pregătite pentru lipire.
Următorul laser Fortune vă va oferi o introducere detaliată a motivelor pentru care alegeți curățarea cu laser.
1 –Ce este curățarea cu laser?
Tratamentul cu laser este o tehnică de curățare termică extrem de precisă, care funcționează prin îndepărtarea (ablația) unor fracțiuni minuscule dintr-o suprafață de material printr-un fascicul laser focalizat, adesea pulsat. Laserul iradiază suprafața pentru a îndepărta atomii și poate fi utilizat pentru găurirea unor găuri extrem de mici și adânci în materiale foarte dure, producând pelicule subțiri sau nanoparticule pe o suprafață.
Acest proces de curățare a suprafețelor este atât de eficient datorită capacității sale de a viza straturi atât de mici de contaminanți și reziduuri. Suprafețele de aluminiu conțin oxizi și uleiuri lubrifiante care sunt dăunătoare îmbinării adezive, iar compozitele rețin adesea reziduuri de demulare și alți contaminanți din silicon care nu pot forma legături chimice puternice cu adezivii.
Când un adeziv este aplicat pe o suprafață care conține unul dintre aceste reziduuri, acesta va încerca să adere chimic la uleiurile și siliconul din primele straturi moleculare ale materialului. Aceste legături sunt extrem de slabe și inevitabil vor ceda fie în timpul testelor de performanță, fie în timpul utilizării produsului. Atunci când îmbinările se rup în punctul de întâlnire dintre suprafață și adezivul sau stratul de acoperire, aceasta se numește rupere interfacială. Ruperea coeziunii în timpul testării de forfecare prin suprapunere apare atunci când ruperea are loc în interiorul adezivului. Acest lucru indică o legătură foarte puternică și o structură asamblată, rezistentă și durabilă.
Ruperea coeziunii acestor probe compozite care au fost tratate cu laser arată adezivul de pe ambele părți ale materialelor lipite.
Ruperea interfacială a acestor probe compozite care nu au fost tratate arată că adezivul s-a lipit doar de una dintre părți și s-a desprins complet de cealaltă.
Când există o ruptură coezivă, există o legătură interfacială care nu se cedează degeaba. Tratamentele de suprafață vizează modificarea suprafeței pentru a îndepărta contaminanții și a crea sau dezvălui o suprafață care va putea fuziona chimic cu adezivul pentru legături durabile și fiabile.
2- Cum să știi dacă suprafața ta tratată cu laser este gata pentru aderență
Măsurătorile unghiului de contact, precum cele menționate în lucrarea IJAA utilizate pentru a înțelege degradarea tratamentelor în timp, reprezintă o modalitate excepțional de bună de monitorizare și verificare a proceselor de curățare cu laser.
Măsurarea unghiului de contact este sensibilă la schimbările moleculare care au loc pe o suprafață tratată cu laser. Picătura de lichid plasată pe suprafață va crește sau va scădea exact în funcție de cantitatea de contaminare microscopică de pe suprafață. Măsurătorile unghiului de contact sunt un indicator constant al aderenței și pot oferi claritate și vizibilitate asupra modului în care rezistența tratamentului este aliniată cu nevoile de curățare ale materialelor.
Măsurătorile unghiului de contact se corelează perfect cu modificările nivelurilor de contaminanți detectate prin metodele de spectroscopie. Majoritatea măsurătorilor de precizie ale contaminanților de pe suprafețe sunt efectuate cu echipamente care nu sunt fezabile pentru producători și care oricum nu ar putea fi utilizate pe piese reale care sunt fabricate efectiv.
Măsurătorile unghiului de contact pot fi efectuate imediat înainte și după tratament pe linia de producție cumanualsauinstrumente de măsurare automateAșa cum curățarea cu laser înlocuiește metodele învechite de pregătire a suprafeței datorită nevoilor de automatizare ale producției de volum mare și de înaltă precizie, măsurătorile unghiului de contact fac, de asemenea, caduce testele subiective și imprecise ale calității suprafeței, cum ar fi cernelurile dyne și testele de rupere a apei.
Testele de performanță la rezistență examinează doar o mostră din materialele procesate, contribuind la rata de rebut și neoferind nicio indicație despre cum se poate crea o legătură mai puternică. Unghiurile de contact, atunci când sunt utilizate pe parcursul unei linii de producție, pot indica exact unde procesul necesită ajustări și pot oferi informații despre ce trebuie ajustări și în ce măsură.
3- De ce să folosiți curățarea cu laser?
Au existat o mulțime de cercetări excelente privind modul în care tratamentul suprafeței cu laser îmbunătățește aderența. De exemplu,o lucrare publicată în Journal of Adhesiona explorat cât de mult este îmbunătățită rezistența articulațiilor prin curățarea cu laser, comparativ cu metodele tradiționale.
„Rezultatele experimentale indică faptul că tratamentul de suprafață cu laser prin preaderare a îmbunătățit semnificativ rezistența la forfecare a specimenelor de aluminiu lipite cu rășină epoxidică modificată, comparativ cu substraturile netratate și anodizate. Cele mai bune rezultate au fost obținute cu o energie laser de aproximativ 0,2 J/impuls/cm2, unde rezistența la forfecare pe o singură suprapunere a fost îmbunătățită cu 600-700% comparativ cu cea a aliajului de aluminiu netratat și cu 40% comparativ cu pretratarea prin anodizare cu acid cromic.”
Modul de rupere s-a schimbat de la adeziv la coeziv pe măsură ce numărul de impulsuri laser a crescut în timpul tratamentului. Ultimul fenomen a fost corelat cu modificări morfologice, așa cum au fost relevate prin microscopia electronică, și cu modificări chimice, așa cum au fost indicate de spectroscopia Auger și în infraroșu.
Un alt efect interesant al ablației cu laser este puterea pe care o are de a crea o suprafață care nu se degradează în timp.
Laserul Noroculuia depus o muncă excelentă analizând modul în care curățarea cu laser interacționează cu suprafețele în moduri surprinzătoare. Tratamentul cu laser al aluminiului creează mici cratere în suprafață care se topesc și aproape simultan se solidifică într-un strat microcristalin pe suprafață, care este chiar mai rezistent la coroziune decât aluminiul în sine.
Graficul de mai jos arată diferența dintre rezistența la forfecare a unei îmbinări folosind aluminiu tratat cu laser și aluminiu tratat chimic. În timp, pe măsură ce suprafețele au fost expuse unui mediu umed, capacitatea suprafeței tratate chimic de a se lipi bine scade semnificativ, deoarece umiditatea începe să corodeze suprafața, în timp ce suprafața tratată cu laser își păstrează rezistența la coroziune după săptămâni de expunere.
Data publicării: 12 august 2022
