Tillverkare strävar alltid efter att tillverka produkter som är starkare, mer hållbara och mer tillförlitliga, såväl inom fordons- som flygindustrin. I denna strävan uppgraderar och ersätter de ofta materialsystem med metalllegeringar med lägre densitet, bättre temperatur- och korrosionsbeständighet. Detta ger tillverkarna ett bättre fotfäste på marknaden.
Det är faktiskt bara halva historien.
En ännu starkare strategisk fördel är kvantifierbar säkerhet om en produkts styrka, hållbarhet och tillförlitlighet.
Att byta ut äldre material mot starkare kan vara en bra början, men det kräver också mer avancerade tillverkningsprocesser som förlitar sig på renare och effektivare ytrengöring för att skapa starka strukturer. Metaller som aluminiumlegeringar och avancerade material som kolfiberpolymerkompositer, som ofta används inom fordons- och flygindustrin, kräver bindning för att minska vikten – när fästelement används läggs vikt till strukturen – och för att skapa mer tillförlitliga fogar.
Traditionella tekniker för ytbehandling av aluminium inkluderar sandblästring, lösningsmedelsavtorkning, följt av slipning (med skursvamp) eller anodisering. Limning öppnar dörren för mer automatiserade processer där traditionella ytbehandlingar inte är kompatibla.
Anodisering är vanligare inom flyg- och rymdtillämpningar där denna dyrare och mer stränga förberedelse används för att uppfylla strikta specifikationer. Den inneboende variationen i sandblästring och manuella slipningstekniker visar tydligt att en mer kontrollerad process är på sin plats.
Laserrengöring eller laserablation fyller denna processlucka som en mer exakt, miljövänlig, automatiserbar och effektiv metod för att behandla metall- och kompositytor för rengöring. De typer av föroreningar som finns på ytan av dessa material kan enkelt avlägsnas med laserbehandling.
Eftersom laserrengöring är så kraftfull är det viktigt att veta exakt hur den påverkar din yta. Skillnaden mellan en korrekt behandlad yta och en under- eller överbehandlad yta kan vara extremt svår att bedöma. Med kvantitativ processverifieringsteknik lika känslig och precis som själva laserprocessen kan tillverkare vara säkra på att deras metall- och kompositytor är helt redo för limning.
Följande Fortune-laser ger dig en detaljerad introduktion till anledningarna till att välja laserrengöring.
1 –Vad är laserrengöring?
Laserbehandling är en extremt precis, termisk rengöringsteknik som fungerar genom att avlägsna (ablation) små fraktioner av en materialyta genom en fokuserad, ofta pulserad, laserstråle. Lasern bestrålar ytan för att avlägsna atomer och kan användas för att borra extremt små, djupa hål genom mycket hårda material, vilket producerar tunna filmer eller nanopartiklar på en yta.
Denna ytrengöringsprocess är så effektiv på grund av dess förmåga att rikta in sig på så små lager av föroreningar och rester. Aluminiumytor innehåller oxider och smörjoljor som är skadliga för limfogningen och kompositer innehåller ofta rester av formsläpp och andra silikonföroreningar som inte kan bilda starka kemiska bindningar med lim.
När ett lim appliceras på en yta med en av dessa rester närvarande kommer det att försöka vidhäfta kemiskt till oljorna och silikonet i materialets översta molekylära lager. Dessa bindningar är extremt svaga och kommer oundvikligen att fallera antingen under prestandatester eller under användning av produkten. När fogar går sönder där ytan och limmet eller beläggningen möts kallas detta för ett gränssnittsbrott. Kohesivt brott under överlappningsskjuvprovning är när brottet sker inuti själva limmet. Detta indikerar en mycket stark bindning och en sammansatt struktur som är elastisk och långvarig.
Kohesivt brott hos dessa laserbehandlade kompositprover visar limmet på båda sidor av de material som ska bindas.
Gränssnittsbrott hos dessa obehandlade kompositprover visar att limmet bara fastnade på en av sidorna och släppte taget helt på den andra.
När man har kohesivt brott har man en gränsytebindning som inte släpper taget. Ytbehandlingar syftar till att modifiera ytan för att avlägsna föroreningar och skapa eller avslöja en yta som kan kemiskt smälta samman med limmet för hållbara och pålitliga bindningar.
2- Hur du vet om din laserbehandlade yta är redo för vidhäftning
Kontaktvinkelmätningar, som de som nämns i IJAA-artikeln som används för att förstå nedbrytningen av behandlingar över tid, är ett exceptionellt bra sätt att övervaka och verifiera laserrengöringsprocesser.
En kontaktvinkelmätning är känslig för de molekylära förändringar som sker på en yta som laserbehandlas. Vätskedroppen som placeras på ytan kommer att stiga eller sjunka i exakt förhållande till mängden mikroskopisk kontaminering på ytan. Kontaktvinkelmätningar är en obeveklig indikator på vidhäftning och kan ge tydlighet och insyn i hur anpassad behandlingens styrka är till materialens rengöringsbehov.
Kontaktvinkelmätningar korrelerar väl med förändringarna i föroreningsnivåer som uppmätts med spektroskopimetoder. De flesta precisionsmätningar av föroreningar på ytor görs med utrustning som inte är möjlig för tillverkare att köpa och som ändå inte skulle kunna användas på verkliga delar som faktiskt tillverkas.
Kontaktvinkelmätningar kan utföras omedelbart före och efter behandling på produktionslinjen medmanuellellerautomatiserade mätverktygPrecis som laserrengöring ersätter föråldrade ytbehandlingsmetoder på grund av automatiseringsbehoven för högvolyms- och högprecisionstillverkning, gör kontaktvinkelmätningar också subjektiva och oprecisa ytkvalitetstester som dynbläck och vattenbrottstester föråldrade.
Hållfasthetstest undersöker bara ett urval av de material som bearbetas, vilket bidrar till kassationsgraden och inte ger någon indikation på hur man skapar en starkare bindning. Kontaktvinklar, när de används i en produktionslinje, kan peka ut exakt var processen kräver justeringar och kan ge insikt i vad som behöver justeras och i vilken utsträckning.
3- Varför använda laserrengöring?
Det har gjorts mycket bra forskning om hur laserbehandling av ytor förbättrar vidhäftningen. Till exempel,en artikel publicerad i Journal of Adhesionutforskade hur mycket fogstyrkan förbättras med laserrengöring jämfört med traditionella metoder.
"Experimentella resultat indikerar att ytbehandling med förhäftningslaser avsevärt förbättrade skjuvhållfastheten hos modifierat epoxibundna aluminiumprover jämfört med obehandlade och anodiserade substrat. De bästa resultaten erhölls med en laserenergi på cirka 0,2 J/puls/cm2 där skjuvhållfastheten vid enstaka överlapp förbättrades med 600–700 % jämfört med obehandlad aluminiumlegering, och med 40 % jämfört med förbehandling med kromsyraanodisering."
Brottsläget ändrades från adhesivt till kohesivt allt eftersom antalet laserpulser ökade under behandlingen. Det senare fenomenet har korrelerats med morfologiska förändringar, vilket framgår av elektronmikroskopi, och kemisk modifiering, vilket framgår av Auger- och infrarödspektroskopi.
En annan intressant effekt av laserablation är den kraft den har att skapa en yta som inte försämras med tiden.
Lyckolaserhar gjort ett fantastiskt arbete med att undersöka hur laserrengöring interagerar med ytor på några överraskande sätt. Laserbehandling av aluminium skapar små kratrar i ytan som smälter och nästan samtidigt stelnar till ett mikrokristallint lager på ytan som är ännu mer korrosionsbeständigt än själva aluminiumet.
Om man tittar på diagrammet nedan visar det skillnaden mellan skjuvhållfastheten hos en bindning med aluminium som har laserbehandlats och aluminium som har kemiskt behandlats. Med tiden, allt eftersom ytorna har exponerats för en fuktig miljö, minskar den kemiskt behandlade ytans förmåga att binda bra avsevärt eftersom fukten börjar korrodera ytan, medan den laserbehandlade ytan behåller sin korrosionsbeständighet efter veckors exponering.
Publiceringstid: 12 augusti 2022
