Los fabricantes buscan constantemente crear productos más resistentes, duraderos y fiables, tanto en el sector automotriz como en el aeroespacial. Para ello, suelen actualizar y sustituir los sistemas de materiales por aleaciones metálicas de menor densidad y mayor resistencia a la temperatura y a la corrosión. Esto les proporciona una mayor ventaja competitiva en el mercado.
En realidad, esa es solo la mitad de la historia.
Una ventaja estratégica aún mayor es la certeza cuantificable sobre la resistencia, durabilidad y fiabilidad de un producto.
Sustituir los materiales antiguos por otros más resistentes puede ser un buen comienzo, pero también requiere procesos de fabricación más avanzados que se basan en una limpieza de superficies más eficiente y exhaustiva para crear estructuras robustas. Metales como las aleaciones de aluminio y materiales avanzados como los compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono, utilizados frecuentemente en la fabricación de automóviles y la industria aeroespacial, requieren unión para reducir el peso —ya que el uso de fijaciones añade peso a la estructura— y para crear uniones más fiables.
Las técnicas tradicionales de acabado del aluminio incluyen el arenado, el lavado con disolventes, seguido del esmerilado (con una esponja abrasiva) o el anodizado. La unión adhesiva permite la adopción de procesos más automatizados para los que los acabados tradicionales no son compatibles.
El anodizado es más común en aplicaciones aeroespaciales, donde este proceso de preparación, más costoso y riguroso, se utiliza para cumplir con especificaciones estrictas. La variabilidad inherente a las técnicas de granallado y abrasión manual demuestra claramente la necesidad de un proceso más controlado.
La limpieza o ablación láser cubre esta necesidad al ofrecer un método más preciso, ecológico, automatizable y eficiente para el tratamiento de superficies metálicas y compuestas. Los distintos tipos de contaminación presentes en la superficie de estos materiales se eliminan fácilmente mediante el procesamiento láser.
Debido a la gran potencia de la limpieza láser, es fundamental conocer con exactitud su efecto sobre la superficie. La diferencia entre una superficie tratada correctamente y una tratada de forma insuficiente o excesiva puede ser extremadamente difícil de evaluar. Gracias a la tecnología de verificación cuantitativa del proceso, tan sensible y precisa como el propio proceso láser, los fabricantes pueden tener la certeza de que sus superficies metálicas y de composite están completamente preparadas para el pegado.
El siguiente informe de Fortune Laser le brindará una introducción detallada a las razones para elegir la limpieza láser.
1 –¿Qué es la limpieza láser??
El tratamiento láser es una técnica de limpieza térmica de extrema precisión que funciona eliminando (mediante ablación) minúsculas fracciones de la superficie de un material a través de un haz láser enfocado, a menudo pulsado. El láser irradia la superficie para eliminar átomos y puede utilizarse para perforar orificios extremadamente pequeños y profundos en materiales muy duros, produciendo películas delgadas o nanopartículas en una superficie.
Este proceso de limpieza de superficies es tan eficaz debido a su capacidad para eliminar capas muy finas de contaminantes y residuos. Las superficies de aluminio contienen óxidos y aceites lubricantes que perjudican la adhesión, y los materiales compuestos suelen retener desmoldantes residuales y otros contaminantes de silicona que impiden la formación de enlaces químicos fuertes con los adhesivos.
Cuando se aplica un adhesivo a una superficie con alguno de estos residuos, intentará adherirse químicamente a los aceites y la silicona de las primeras capas moleculares del material. Estas uniones son extremadamente débiles y inevitablemente fallarán durante las pruebas de rendimiento o durante el uso del producto. Cuando las uniones se rompen en el punto de contacto entre la superficie y el adhesivo o recubrimiento, se denomina fallo interfacial. El fallo cohesivo durante las pruebas de cizallamiento por solapamiento se produce cuando la rotura ocurre dentro del propio adhesivo. Esto indica una unión muy fuerte y una estructura ensamblada resistente y duradera.
La falla cohesiva de estas muestras compuestas que han sido tratadas con láser muestra el adhesivo en ambos lados de los materiales que se están uniendo.
El fallo interfacial de estas muestras compuestas que no fueron tratadas demuestra que el adhesivo solo se adhirió a uno de los lados y se despegó completamente del otro.
Cuando se produce un fallo cohesivo, existe una unión interfacial que se resiste a desprenderse. Los tratamientos superficiales tienen como objetivo modificar la superficie para eliminar contaminantes y crear o revelar una superficie que pueda fusionarse químicamente con el adhesivo, logrando así uniones duraderas y fiables.
2- Cómo saber si su superficie tratada con láser está lista para la adhesión
Las mediciones del ángulo de contacto, como las que se mencionan en el artículo de la IJAA utilizadas para comprender la degradación de los tratamientos a lo largo del tiempo, son una forma excepcionalmente buena de monitorear y verificar los procesos de limpieza láser.
La medición del ángulo de contacto es sensible a los cambios moleculares que se producen en una superficie tratada con láser. La gota de líquido depositada sobre la superficie ascenderá o descenderá en relación directa con la cantidad de contaminación microscópica presente. Estas mediciones son un indicador fiable de la adhesión y permiten evaluar con claridad la adecuación de la intensidad del tratamiento a las necesidades de limpieza de los materiales.
Las mediciones del ángulo de contacto se correlacionan perfectamente con los cambios en los niveles de contaminantes detectados mediante métodos espectroscópicos. La mayoría de las mediciones de precisión de contaminantes en superficies se realizan con equipos que no son viables para los fabricantes y que, además, no podrían utilizarse en piezas reales durante su fabricación.
Las mediciones del ángulo de contacto pueden realizarse inmediatamente antes y después del tratamiento en la línea de producción conmanualoherramientas de medición automatizadasDel mismo modo que la limpieza láser reemplaza los métodos obsoletos de preparación de superficies debido a las necesidades de automatización de la fabricación de alto volumen y alta precisión, las mediciones del ángulo de contacto también hacen que las pruebas de calidad de superficie subjetivas e imprecisas, como las tintas dina y las pruebas de rotura de agua, queden obsoletas.
Las pruebas de resistencia solo analizan una muestra de los materiales procesados, lo que aumenta la tasa de desperdicio y no indica cómo crear una unión más fuerte. Los ángulos de contacto, al aplicarse a lo largo de una línea de producción, pueden señalar con precisión dónde se requiere ajustar el proceso y proporcionar información sobre qué ajustes son necesarios y en qué medida.
3- ¿Por qué utilizar la limpieza láser?
Se han realizado numerosas investigaciones excelentes sobre cómo el tratamiento superficial con láser mejora la adhesión. Por ejemplo,un artículo publicado en la Revista de AdhesiónSe exploró en qué medida la limpieza láser mejora la resistencia articular en comparación con los métodos tradicionales.
Los resultados experimentales indican que el tratamiento superficial con láser previo a la adhesión mejoró significativamente la resistencia al corte de las muestras de aluminio unidas con epoxi modificado, en comparación con los sustratos no tratados y anodizados. Los mejores resultados se obtuvieron con una energía láser de aproximadamente 0,2 J/pulso/cm², donde la resistencia al corte por solape simple mejoró entre un 600 % y un 700 % en comparación con la aleación de aluminio no tratada, y un 40 % en comparación con el pretratamiento de anodizado con ácido crómico.
El modo de fallo cambió de adhesivo a cohesivo a medida que aumentaba el número de pulsos láser durante el tratamiento. Este último fenómeno se ha correlacionado con cambios morfológicos revelados por microscopía electrónica y con modificaciones químicas indicadas por espectroscopía Auger e infrarroja.
Otro efecto interesante de la ablación láser es su capacidad para crear una superficie que no se degrada con el tiempo.
Láser de la fortunaHa realizado un excelente trabajo investigando cómo la limpieza láser interactúa con las superficies de maneras sorprendentes. El tratamiento láser del aluminio crea diminutos cráteres en la superficie que se funden y, casi simultáneamente, se solidifican formando una capa microcristalina que es incluso más resistente a la corrosión que el propio aluminio.
Como se observa en el gráfico a continuación, la resistencia al corte de una unión entre aluminio tratado con láser y aluminio tratado químicamente es diferente. Con el tiempo, al exponerse las superficies a un ambiente húmedo, la capacidad de adhesión de la superficie tratada químicamente disminuye significativamente debido a la corrosión causada por la humedad. En cambio, la superficie tratada con láser conserva su resistencia a la corrosión incluso después de semanas de exposición.
Fecha de publicación: 12 de agosto de 2022
