Les fabricants cherchent constamment à fabriquer des produits plus robustes, plus durables et plus fiables, notamment dans les secteurs de l'automobile et de l'aéronautique. Dans cette optique, ils modernisent et remplacent fréquemment leurs systèmes de matériaux par des alliages métalliques de plus faible densité, plus résistants aux températures et à la corrosion. Cela leur permet de mieux s'implanter sur le marché.
En fait, ce n’est que la moitié de l’histoire.
Un avantage stratégique encore plus fort est la certitude quantifiable quant à la résistance, la durabilité et la fiabilité d’un produit.
Remplacer des matériaux anciens par des matériaux plus résistants peut être un bon début, mais cela nécessite également des procédés de fabrication plus avancés, reposant sur un nettoyage de surface plus propre et plus efficace pour créer des structures robustes. Les métaux tels que les alliages d'aluminium et les matériaux avancés comme les composites polymères à base de fibres de carbone, souvent utilisés dans l'automobile et l'aérospatiale, nécessitent un collage pour réduire le poids (l'utilisation de fixations alourdit la structure) et créer des assemblages plus fiables.
Les techniques traditionnelles de finition de l'aluminium comprennent le sablage, l'essuyage au solvant, suivi d'un meulage (à l'aide d'un tampon à récurer) ou d'une anodisation. Le collage ouvre la voie à des procédés plus automatisés, incompatibles avec les finitions traditionnelles.
L'anodisation est plus courante dans les applications aéronautiques, où cette préparation plus coûteuse et plus rigoureuse est utilisée pour répondre à des spécifications rigoureuses. La variabilité inhérente aux techniques de sablage et d'abrasion manuelle montre clairement qu'un processus plus contrôlé est nécessaire.
Le nettoyage ou l'ablation laser comble cette lacune en offrant une méthode plus précise, plus écologique, plus automatisable et plus efficace pour le traitement des surfaces métalliques et composites. Les contaminants présents à la surface de ces matériaux sont facilement éliminés par traitement laser.
Le nettoyage laser étant si puissant, il est essentiel de connaître précisément son impact sur votre surface. Il peut être extrêmement difficile d'évaluer la différence entre une surface correctement traitée et une surface sous-traitée ou surtraitée. Grâce à une technologie de vérification quantitative des processus aussi sensible et précise que le procédé laser lui-même, les fabricants peuvent être certains que leurs surfaces métalliques et composites sont parfaitement prêtes pour le collage.
Le laser Fortune suivant vous donnera une introduction détaillée aux raisons de choisir le nettoyage au laser.
1 –Qu'est-ce que le nettoyage au laser?
Le traitement laser est une technique de nettoyage thermique extrêmement précise qui consiste à retirer (ablation) de minuscules fragments de la surface d'un matériau grâce à un faisceau laser focalisé, souvent pulsé. Le laser irradie la surface pour en extraire les atomes et peut être utilisé pour percer des trous extrêmement petits et profonds dans des matériaux très durs, produisant ainsi des films minces ou des nanoparticules à la surface.
Ce procédé de nettoyage de surface est particulièrement efficace grâce à sa capacité à cibler de très fines couches de contaminants et de résidus. Les surfaces en aluminium contiennent des oxydes et des huiles lubrifiantes qui nuisent à l'adhérence des adhésifs, et les composites retiennent souvent des résidus de démoulants et autres contaminants siliconés qui ne peuvent pas former de liaisons chimiques solides avec les adhésifs.
Lorsqu'un adhésif est appliqué sur une surface présentant l'un de ces résidus, il tente d'adhérer chimiquement aux huiles et au silicone présents dans les couches moléculaires supérieures du matériau. Ces liaisons sont extrêmement fragiles et se rompent inévitablement lors des tests de performance ou de l'utilisation du produit. La rupture des joints au point de contact entre la surface et l'adhésif ou le revêtement est appelée rupture interfaciale. La rupture cohésive, lors des essais de cisaillement par recouvrement, se produit lorsque la rupture se produit au sein même de l'adhésif. Cela indique une liaison très solide et une structure assemblée résiliente et durable.
La rupture cohésive de ces échantillons composites traités au laser montre l'adhésif des deux côtés des matériaux collés.
La rupture interfaciale de ces échantillons composites non traités montre que l'adhésif n'a collé que sur un côté et a complètement lâché l'autre.
En cas de rupture cohésive, la liaison interfaciale ne se relâche pas pour rien. Les traitements de surface visent à modifier la surface pour éliminer les contaminants et créer ou révéler une surface capable de fusionner chimiquement avec l'adhésif pour des liaisons durables et fiables.
2- Comment savoir si votre surface traitée au laser est prête à être collée
Les mesures d'angle de contact, comme celles mentionnées dans le document de l'IJAA utilisées pour comprendre la dégradation des traitements au fil du temps, sont un moyen exceptionnellement efficace de surveiller et de vérifier les processus de nettoyage au laser.
La mesure de l'angle de contact est sensible aux modifications moléculaires qui se produisent sur une surface traitée au laser. La goutte de liquide déposée sur la surface monte ou descend en fonction précise de la quantité de contamination microscopique présente. La mesure de l'angle de contact est un indicateur fiable de l'adhérence et permet de vérifier avec précision l'adéquation de la force du traitement aux besoins de nettoyage des matériaux.
Les mesures d'angle de contact présentent une corrélation étroite avec les variations des concentrations de contaminants détectées par les méthodes de spectroscopie. La plupart des mesures de précision des contaminants sur les surfaces sont réalisées avec des équipements inaccessibles aux fabricants et qui, de toute façon, ne pourraient pas être utilisés sur des pièces réelles en cours de fabrication.
Les mesures d'angle de contact peuvent être effectuées immédiatement avant et après le traitement sur la ligne de production avecmanuelououtils de mesure automatisésTout comme le nettoyage au laser remplace les méthodes de préparation de surface obsolètes en raison des besoins d'automatisation de la fabrication à haut volume et de haute précision, les mesures d'angle de contact rendent également obsolètes les tests de qualité de surface subjectifs et imprécis comme les encres Dyne et les tests de rupture d'eau.
Les tests de résistance n'examinent qu'un échantillon des matériaux traités, ce qui augmente le taux de rebut et ne fournit aucune indication sur la manière de créer une liaison plus solide. Utilisés tout au long d'une ligne de production, les angles de contact peuvent indiquer précisément les points à ajuster et fournir une indication sur les ajustements à apporter et leur ampleur.
3- Pourquoi utiliser le nettoyage au laser ?
De nombreuses recherches ont été menées sur la manière dont le traitement de surface au laser améliore l'adhérence. Par exemple :un article publié dans le Journal of AdhesionNous avons étudié à quel point la résistance des articulations est améliorée par le nettoyage au laser par rapport aux méthodes traditionnelles.
Les résultats expérimentaux indiquent que le traitement de surface par pré-adhésion laser améliore significativement la résistance au cisaillement des échantillons d'aluminium liés par époxy modifié par rapport aux substrats non traités et anodisés. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une énergie laser d'environ 0,2 J/impulsion/cm², où la résistance au cisaillement par simple recouvrement a été améliorée de 600 à 700 % par rapport à celle de l'alliage d'aluminium non traité, et de 40 % par rapport au prétraitement par anodisation à l'acide chromique.
Le mode de rupture est passé d'adhésif à cohésif à mesure que le nombre d'impulsions laser augmentait pendant le traitement. Ce dernier phénomène a été corrélé à des modifications morphologiques révélées par microscopie électronique et à des modifications chimiques indiquées par spectroscopie Auger et infrarouge.
Un autre effet intéressant de l’ablation laser est sa capacité à créer une surface qui ne se dégrade pas avec le temps.
Fortune Lasera réalisé un excellent travail en étudiant les interactions surprenantes du nettoyage laser avec les surfaces. Le traitement laser de l'aluminium crée de minuscules cratères à la surface, qui fondent et se solidifient presque simultanément pour former une couche microcristalline encore plus résistante à la corrosion que l'aluminium lui-même.
Le graphique ci-dessous illustre la différence de résistance au cisaillement entre une liaison en aluminium traité au laser et une liaison en aluminium traité chimiquement. Au fil du temps, lorsque les surfaces sont exposées à un environnement humide, la capacité d'adhérence de la surface traitée chimiquement diminue considérablement, car l'humidité commence à la corroder, tandis que la surface traitée au laser conserve sa résistance à la corrosion après plusieurs semaines d'exposition.
Date de publication : 12 août 2022
