Les fabricants cherchent toujours à fabriquer des produits plus solides, plus durables et plus fiables, ainsi que dans les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale.Dans cette poursuite, ils améliorent et remplacent fréquemment les systèmes de matériaux par des alliages métalliques à plus faible densité, à meilleure température et résistant à la corrosion.Cela permet aux fabricants de mieux s'implanter sur le marché.
En fait, ce n'est que la moitié de l'histoire.
Un avantage stratégique encore plus important est la certitude quantifiable quant à la résistance, la durabilité et la fiabilité d'un produit.
Remplacer des matériaux plus anciens par des matériaux plus solides peut être un bon début, mais cela nécessite également des processus de fabrication plus avancés qui reposent sur un nettoyage de surface plus propre et plus efficace pour créer des structures solides.Les métaux tels que les alliages d'aluminium et les matériaux avancés tels que les composites polymères à fibres de carbone, souvent utilisés dans la fabrication automobile et aérospatiale, nécessitent un collage pour réduire le poids - lorsque des fixations sont utilisées, le poids est ajouté à la structure - et pour créer des joints plus fiables.
Les techniques traditionnelles de finition de l'aluminium comprennent le sablage, l'essuyage au solvant, suivi du meulage (à l'aide d'un tampon à récurer) ou de l'anodisation.Le collage ouvre la porte à des procédés plus automatisés pour lesquels les finitions traditionnelles ne sont pas compatibles.
L'anodisation est plus courante dans les applications aérospatiales où cette préparation plus coûteuse et plus stricte est utilisée pour répondre à des spécifications strictes.La variabilité inhérente des techniques de sablage et d'abrasion manuelle montre clairement qu'un processus plus contrôlé est de mise.
Le nettoyage au laser ou l'ablation au laser comble cette lacune du processus en tant que méthode plus précise, écologique, automatisable et efficace de traitement des surfaces métalliques et composites pour le nettoyage.Les types de contamination trouvés à la surface de ces matériaux sont facilement éliminés par traitement au laser.
Parce que le nettoyage au laser est si puissant, il est essentiel de savoir exactement comment il affecte votre surface.La différence entre une surface correctement traitée et une surface sous ou sur-traitée peut être extrêmement difficile à évaluer.Grâce à une technologie de vérification quantitative des processus aussi sensible et précise que le processus laser lui-même, les fabricants peuvent être sûrs que leurs surfaces métalliques et composites sont entièrement prêtes pour le collage.
Le laser Fortune suivant vous donnera une introduction détaillée aux raisons du choix du nettoyage au laser.
1 -Qu'est-ce que le nettoyage au laser?
Le traitement au laser est une technique de nettoyage thermique extrêmement précise qui fonctionne en éliminant (ablation) de minuscules fractions de la surface d'un matériau à l'aide d'un faisceau laser focalisé, souvent pulsé.Le laser irradie la surface pour éliminer les atomes et peut être utilisé pour percer des trous extrêmement petits et profonds à travers des matériaux très durs, produisant des films minces ou des nanoparticules sur une surface.
Ce processus de nettoyage de surface est si efficace en raison de sa capacité à cibler de si petites couches de contaminants et de résidus.Les surfaces en aluminium contiennent des oxydes et des huiles lubrifiantes qui nuisent à l'assemblage par adhésif et les composites conservent souvent des résidus de démoulage et d'autres contaminants de silicone qui ne peuvent pas former de liaisons chimiques solides avec les adhésifs.
Lorsqu'un adhésif est appliqué sur une surface contenant l'un de ces résidus, il essaiera d'adhérer chimiquement aux huiles et au silicone au niveau des quelques couches moléculaires supérieures du matériau.Ces liaisons sont extrêmement faibles et échoueront inévitablement lors des tests de performance ou lors de l'utilisation du produit.Lorsque les joints se brisent au point de rencontre de la surface et de l'adhésif ou du revêtement, on parle de défaillance interfaciale.La rupture cohésive lors des tests de cisaillement de recouvrement se produit lorsque la rupture se produit dans l'adhésif lui-même.Cela indique une liaison très forte et une structure assemblée qui est résiliente et durable.
La rupture cohésive de ces échantillons composites qui ont été 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'adhère qu'à l'un des côtés et lâche complètement l'autre.
Lorsque vous avez un échec cohésif, vous avez un lien interfacial qui ne lâche pas prise pour rien.Les traitements de surface visent à modifier la surface pour éliminer les contaminants et créer ou révéler une surface qui pourra fusionner chimiquement avec l'adhésif pour des liaisons durables et fiables.
2- Comment savoir si votre surface traitée au laser est prête pour l'adhésion
Les mesures d'angle de contact, comme celles mentionnées dans l'article 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.
Une mesure d'angle de contact est sensible aux changements moléculaires qui se produisent sur une surface traitée au laser.La goutte de liquide placée sur la surface montera ou descendra en relation exacte avec la quantité de contamination microscopique sur la surface.Les mesures d'angle de contact sont un indicateur implacable d'adhérence et peuvent offrir clarté et visibilité sur la façon dont la résistance du traitement est alignée sur les besoins de nettoyage des matériaux.
Les mesures d'angle de contact sont parfaitement corrélées aux changements des niveaux de contaminants détectés par les méthodes de spectroscopie.La plupart des mesures de précision des contaminants sur les surfaces sont effectuées avec un équipement qu'il est impossible d'acheter pour les fabricants et qui ne pourrait de toute façon pas être utilisé 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 avecmanuelou alorsoutils de mesure automatisés.Tout comme le nettoyage au laser remplace les méthodes de préparation de surface obsolètes en raison des besoins d'automatisation de la fabrication à grand 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 performance de résistance n'examinent qu'un échantillon des matériaux en cours de traitement, ajoutant au taux de rebut et ne donnant aucune indication sur la façon de créer une liaison plus solide.Les angles de contact, lorsqu'ils sont utilisés tout au long d'une chaîne de production, peuvent indiquer exactement où le processus nécessite des ajustements et peuvent donner un aperçu de ce qui doit être modifié et dans quelle mesure.
3- Pourquoi utiliser le nettoyage au laser ?
Il y a eu beaucoup de recherches intéressantes sur la façon dont le traitement de surface au laser améliore l'adhérence.Par exemple,un article publié dans le Journal of Adhesionont exploré à quel point la résistance des articulations est améliorée par le nettoyage au laser par opposition aux méthodes traditionnelles.
« Les résultats expérimentaux indiquent que le traitement de surface au laser de préadhésion a considérablement amélioré la résistance au cisaillement des échantillons d'aluminium à liaison époxy modifiée 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 à un seul tour 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 d'anodisation à l'acide chromique.
Le mode de défaillance est passé d'adhésif à cohésif à mesure que le nombre d'impulsions laser augmentait pendant le traitement.Ce dernier phénomène a été corrélé aux changements de morphologie révélés par la microscopie électronique et à la modification chimique indiquée par la spectroscopie Auger et infrarouge.
Un autre effet intéressant de l'ablation au laser est sa capacité à créer une surface qui ne se dégrade pas avec le temps.
Laser Fortunea fait un excellent travail en examinant comment le nettoyage au laser interagit avec les surfaces de manière surprenante.Le traitement au laser de l'aluminium crée de minuscules cratères à la surface qui fondent et se solidifient presque simultanément en une couche microcristalline à la surface qui est encore plus résistante à la corrosion que l'aluminium lui-même.
En regardant le tableau ci-dessous, il montre la différence entre la résistance au cisaillement d'une liaison utilisant de l'aluminium qui a été traité au laser et de l'aluminium qui a été traité chimiquement.Au fil du temps, comme les surfaces ont été exposées à un environnement humide, la capacité de la surface traitée chimiquement à bien se lier diminue considérablement car l'humidité commence à corroder la surface, tandis que la surface traitée au laser conserve sa résistance à la corrosion après des semaines d'exposition.
Heure de publication : 12 août 2022
