يسعى المُصنِّعون دائمًا إلى تصنيع منتجات أقوى وأكثر متانة وموثوقية، كما هو الحال في قطاعي السيارات والفضاء. وفي هذا الصدد، يقومون باستمرار بتحديث واستبدال أنظمة المواد بسبائك معدنية أقل كثافةً وأكثر مقاومةً للحرارة والتآكل. وهذا يمنح المُصنِّعين مكانةً أقوى في السوق.
في الواقع، هذا هو نصف القصة فقط.
وتتمثل الميزة الاستراتيجية الأقوى في اليقين الكمي حول قوة المنتج ومتانته وموثوقيته.
قد يكون استبدال المواد القديمة بأخرى أقوى بداية جيدة، ولكنه يتطلب أيضًا عمليات تصنيع أكثر تطورًا تعتمد على تنظيف أسطح أنظف وأكثر كفاءة لإنشاء هياكل متينة. تتطلب المعادن، مثل سبائك الألومنيوم والمواد المتقدمة مثل مركبات ألياف الكربون البوليمرية، المستخدمة غالبًا في تصنيع السيارات والطائرات، عملية ربط لتقليل الوزن - فعند استخدام المثبتات، يُضاف وزن إلى الهيكل - ولإنشاء وصلات أكثر موثوقية.
تشمل تقنيات تشطيب الألومنيوم التقليدية النفخ الرملي، والمسح بالمذيبات، يليه الطحن (باستخدام إسفنجة تنظيف) أو الأكسدة. يفتح الربط اللاصق الباب أمام عمليات أكثر آلية لا تتوافق مع التشطيبات التقليدية.
يُعدّ التأنيب أكثر شيوعًا في تطبيقات الطيران والفضاء، حيث يُستخدم هذا التحضير الأكثر تكلفةً وصرامةً لتلبية المواصفات الصارمة. ويُظهر التباين المتأصل في تقنيات النفخ الرملي والتآكل اليدوي بوضوح ضرورة اتباع عملية أكثر تحكمًا.
يُسدّ التنظيف بالليزر أو الاستئصال بالليزر هذه الفجوة العملية، باعتباره طريقةً أكثر دقةً وصديقةً للبيئة وقابلةً للأتمتة وفعاليةً لمعالجة الأسطح المعدنية والمركبة للتنظيف. تُزال أنواع التلوث الموجودة على سطح هذه المواد بسهولةٍ عن طريق المعالجة بالليزر.
نظراً لقوة التنظيف بالليزر، من الضروري معرفة تأثيره الدقيق على سطحك. قد يكون من الصعب للغاية التمييز بين سطح مُعالَج جيداً وسطح مُعالَج بشكل ناقص أو زائد. بفضل تقنية التحقق الكمي من العمليات، التي تتميز بحساسية ودقة عملية الليزر نفسها، يمكن للمصنعين الاطمئنان إلى جاهزية أسطحهم المعدنية والمركبة للالتصاق.
سوف يعطيك ليزر فورتشن التالي مقدمة مفصلة لأسباب اختيار التنظيف بالليزر.
1-ما هو التنظيف بالليزر?
العلاج بالليزر هو تقنية تنظيف حراري فائقة الدقة، تعمل عن طريق إزالة (استئصال) أجزاء صغيرة من سطح المادة بواسطة شعاع ليزر مُركز، غالبًا ما يكون نبضيًا. يُشعِّع الليزر السطح لإزالة الذرات، ويمكن استخدامه لحفر ثقوب صغيرة وعميقة للغاية في مواد شديدة الصلابة، مما يُنتج أغشية رقيقة أو جسيمات نانوية على السطح.
تتميز عملية تنظيف الأسطح هذه بفعاليتها الكبيرة لقدرتها على استهداف طبقات صغيرة من الملوثات والبقايا. تحتوي أسطح الألومنيوم على أكاسيد وزيوت تشحيم تضر بالوصلات اللاصقة، وغالبًا ما تحتفظ المركبات ببقايا العفن وملوثات السيليكون الأخرى التي لا تستطيع تكوين روابط كيميائية قوية مع المواد اللاصقة.
عند وضع مادة لاصقة على سطح يحتوي على إحدى هذه البقايا، فإنها ستحاول الالتصاق كيميائيًا بالزيوت والسيليكون في الطبقات الجزيئية العليا من المادة. هذه الروابط ضعيفة للغاية، وستفشل حتمًا، سواءً أثناء اختبارات الأداء أو أثناء استخدام المنتج. عندما تنكسر المفاصل عند نقطة التقاء السطح بالمادة اللاصقة أو الطلاء، يُطلق على ذلك اسم "فشل الواجهة". يحدث فشل التماسك أثناء اختبار القص المتداخل عندما يحدث الكسر داخل المادة اللاصقة نفسها. وهذا يدل على قوة الرابطة وبنية مُركّبة مرنة وطويلة الأمد.
يظهر الفشل المتماسك لهذه العينات المركبة التي تمت معالجتها بالليزر وجود مادة لاصقة على جانبي المواد التي يتم ربطها.
يُظهر فشل واجهة هذه العينات المركبة التي لم يتم معالجتها أن المادة اللاصقة التصقت فقط بجانب واحد وتركت الجانب الآخر تمامًا.
عند حدوث فشل متماسك، يكون لديك رابط بين الأسطح لا يزول عبثًا. تهدف معالجات الأسطح إلى تعديل السطح لإزالة الملوثات وإنشاء أو كشف سطح قادر على الاندماج كيميائيًا مع اللاصق للحصول على روابط متينة وموثوقة.
2- كيفية معرفة ما إذا كان السطح المعالج بالليزر جاهزًا للالتصاق
تعد قياسات زاوية التلامس، مثل تلك المذكورة في ورقة IJAA المستخدمة لفهم تدهور المعالجات بمرور الوقت، طريقة جيدة للغاية لمراقبة والتحقق من عمليات التنظيف بالليزر.
قياس زاوية التلامس حساس للتغيرات الجزيئية التي تحدث على السطح المعالج بالليزر. ترتفع أو تنخفض قطرة السائل الموضوعة على السطح تبعًا لكمية التلوث المجهري عليه. تُعد قياسات زاوية التلامس مؤشرًا دقيقًا على الالتصاق، ويمكنها أن توفر وضوحًا ورؤية واضحة لمدى توافق قوة المعالجة مع احتياجات تنظيف المواد.
تتوافق قياسات زاوية التلامس بشكل مثالي مع التغيرات في مستويات الملوثات التي تلتقطها أساليب التحليل الطيفي. تُجرى معظم القياسات الدقيقة للملوثات على الأسطح باستخدام معدات يصعب على المصنّعين شراؤها، ولا يمكن استخدامها على القطع الفعلية التي تُصنّع بالفعل.
يمكن إجراء قياسات زاوية التلامس مباشرة قبل وبعد المعالجة على خط الإنتاج باستخداميدويأوأدوات القياس الآليةوكما أن التنظيف بالليزر يحل محل طرق تحضير الأسطح القديمة بسبب احتياجات التشغيل الآلي للتصنيع عالي الدقة والكميات الكبيرة، فإن قياسات زاوية التلامس تجعل اختبارات جودة الأسطح الذاتية وغير الدقيقة مثل أحبار الداين واختبارات كسر الماء عفا عليها الزمن.
اختبارات أداء القوة لا تفحص سوى عينة من المواد قيد المعالجة، مما يزيد من معدل الخردة ولا يُعطي أي مؤشر على كيفية بناء رابطة أقوى. عند استخدام زوايا التلامس في جميع أنحاء خط الإنتاج، يمكن أن تشير بدقة إلى موضع التعديل المطلوب في العملية، ويمكن أن تُقدم رؤية واضحة لما يحتاج إلى تعديل وإلى أي مدى.
3- لماذا نستخدم التنظيف بالليزر؟
أُجريت أبحاثٌ قيّمةٌ حول كيفية تحسين معالجة الأسطح بالليزر للالتصاق. على سبيل المثال،ورقة بحثية نشرت في مجلة الالتصاقتم استكشاف مدى تعزيز قوة المفاصل عن طريق التنظيف بالليزر مقارنة بالطرق التقليدية.
تشير النتائج التجريبية إلى أن معالجة السطح بالليزر قبل الالتصاق حسّنت بشكل ملحوظ من قوة القص لعينات الألومنيوم المُعدّلة بالإيبوكسي مقارنةً بالركائز غير المعالجة والمؤكسدة. وتم الحصول على أفضل النتائج باستخدام طاقة ليزر تبلغ حوالي 0.2 جول/نبضة/سم²، حيث تحسنت قوة القص أحادية اللفة بنسبة 600-700% مقارنةً بسبيكة الألومنيوم غير المعالجة، وبنسبة 40% مقارنةً بالمعالجة المسبقة بأكسيد حمض الكروميك.
تغير نمط الفشل من الالتصاق إلى التماسك مع زيادة عدد نبضات الليزر أثناء المعالجة. وقد ارتبطت هذه الظاهرة الأخيرة بتغيرات في الشكل كما كشفت عنها المجهر الإلكتروني، والتعديل الكيميائي كما أشارت إليه مطيافية أوجيه والأشعة تحت الحمراء.
هناك تأثير آخر مثير للاهتمام لعملية الاستئصال بالليزر وهو القدرة على إنشاء سطح لا يتدهور بمرور الوقت.
ليزر فورتشنقام بعمل رائع في دراسة كيفية تفاعل التنظيف بالليزر مع الأسطح بطرق مدهشة. يُنتج معالجة الألومنيوم بالليزر حفرًا صغيرة في السطح تذوب وتتصلب في نفس الوقت تقريبًا لتُشكّل طبقة بلورية دقيقة على السطح، وهي أكثر مقاومة للتآكل من الألومنيوم نفسه.
بالنظر إلى الرسم البياني أدناه، يُظهر الفرق بين قوة القص لرابطة الألمنيوم المعالج بالليزر والألمنيوم المعالج كيميائيًا. مع مرور الوقت، ومع تعرض الأسطح لبيئة رطبة، تنخفض قدرة السطح المعالج كيميائيًا على الالتصاق جيدًا بشكل ملحوظ لأن الرطوبة تبدأ في تآكل السطح، بينما يحتفظ السطح المعالج بالليزر بمقاومته للتآكل بعد أسابيع من التعرض.
وقت النشر: ١٢ أغسطس ٢٠٢٢
