Os fabricantes estão sempre buscando criar produtos mais resistentes, duráveis e confiáveis, inclusive nos setores automotivo e aeroespacial. Nesse sentido, eles frequentemente atualizam e substituem sistemas de materiais por ligas metálicas de menor densidade, melhor resistência à temperatura e à corrosão. Isso proporciona aos fabricantes uma melhor posição no mercado.
Na verdade, isso é apenas metade da história.
Uma vantagem estratégica ainda mais forte é a certeza quantificável sobre a resistência, durabilidade e confiabilidade de um produto.
Substituir materiais antigos por outros mais resistentes pode ser um bom começo, mas também requer processos de fabricação mais avançados, que dependem de uma limpeza de superfície mais limpa e eficiente para criar estruturas resistentes. Metais como ligas de alumínio e materiais avançados como compósitos de polímero de fibra de carbono, frequentemente utilizados na indústria automotiva e aeroespacial, exigem colagem para reduzir o peso – quando são utilizados fixadores, o peso é adicionado à estrutura – e para criar juntas mais confiáveis.
As técnicas tradicionais de acabamento de alumínio incluem jateamento de areia, limpeza com solvente, seguido de lixamento (com esponja abrasiva) ou anodização. A colagem adesiva abre caminho para processos mais automatizados, para os quais os acabamentos tradicionais não são compatíveis.
A anodização é mais comum em aplicações aeroespaciais, onde essa preparação mais cara e rigorosa é utilizada para atender a especificações rigorosas. A variabilidade inerente às técnicas de jateamento de areia e abrasão manual demonstra claramente a necessidade de um processo mais controlado.
A limpeza a laser, ou ablação a laser, preenche essa lacuna no processo, tornando-se um método mais preciso, ecológico, automatizável e eficiente para o tratamento de superfícies metálicas e compósitas. Os tipos de contaminação encontrados na superfície desses materiais são facilmente removidos pelo processamento a laser.
Como a limpeza a laser é tão poderosa, é fundamental saber exatamente como ela afeta sua superfície. A diferença entre uma superfície tratada corretamente e uma superfície tratada em excesso ou insuficientemente pode ser extremamente difícil de avaliar. Com a tecnologia de verificação quantitativa de processos tão sensível e precisa quanto o próprio processo a laser, os fabricantes podem ter certeza de que suas superfícies metálicas e compostas estão totalmente prontas para a colagem.
O laser Fortune a seguir lhe dará uma introdução detalhada aos motivos para escolher a limpeza a laser.
1 –O que é limpeza a laser?
O tratamento a laser é uma técnica de limpeza térmica extremamente precisa que funciona removendo (ablação) pequenas frações da superfície de um material por meio de um feixe de laser focalizado, geralmente pulsado. O laser irradia a superfície para remover átomos e pode ser usado para perfurar furos extremamente pequenos e profundos em materiais muito duros, produzindo filmes finos ou nanopartículas na superfície.
Este processo de limpeza de superfícies é tão eficaz devido à sua capacidade de atingir camadas tão pequenas de contaminantes e resíduos. As superfícies de alumínio contêm óxidos e óleos lubrificantes que são prejudiciais à união adesiva, e os compósitos frequentemente retêm resíduos de desmoldantes e outros contaminantes de silicone que não conseguem formar ligações químicas fortes com os adesivos.
Quando um adesivo é aplicado a uma superfície com um desses resíduos presentes, ele tenta aderir quimicamente aos óleos e silicone nas camadas moleculares superiores do material. Essas ligações são extremamente fracas e inevitavelmente falharão durante os testes de desempenho ou durante o uso do produto. Quando as juntas se rompem no ponto de contato entre a superfície e o adesivo ou revestimento, isso é chamado de falha interfacial. A falha coesiva durante o teste de cisalhamento sobreposto ocorre quando a ruptura ocorre dentro do próprio adesivo. Isso indica uma ligação muito forte e uma estrutura montada resiliente e duradoura.
A falha coesiva dessas amostras compostas que foram tratadas a laser mostra o adesivo em ambos os lados dos materiais que estão sendo colados.
A falha interfacial dessas amostras compostas que não foram tratadas mostra que o adesivo aderiu apenas a um dos lados e soltou completamente o outro.
Quando há falha coesiva, há uma ligação interfacial que não se rompe por nada. Os tratamentos de superfície visam modificar a superfície para remover contaminantes e criar ou revelar uma superfície que será capaz de se fundir quimicamente com o adesivo para ligações duráveis e confiáveis.
2- Como saber se sua superfície tratada a laser está pronta para adesão
Medições do ângulo de contato, como as mencionadas no artigo da IJAA, usadas para entender a degradação dos tratamentos ao longo do tempo, são uma maneira excepcionalmente boa de monitorar e verificar os processos de limpeza a laser.
A medição do ângulo de contato é sensível às mudanças moleculares que ocorrem na superfície tratada a laser. A gota de líquido aplicada na superfície subirá ou descerá na exata proporção da quantidade de contaminação microscópica presente na superfície. As medições do ângulo de contato são um indicador preciso da adesão e podem oferecer clareza e visibilidade sobre o alinhamento da resistência do tratamento com as necessidades de limpeza dos materiais.
As medições do ângulo de contato correlacionam-se perfeitamente com as mudanças nos níveis de contaminantes detectadas por métodos de espectroscopia. A maioria das medições de precisão de contaminantes em superfícies é realizada com equipamentos que não são viáveis para os fabricantes adquirirem e que, de qualquer forma, não poderiam ser usados em peças reais sendo fabricadas.
As medições do ângulo de contato podem ser realizadas imediatamente antes e depois do tratamento na linha de produção commanualouferramentas de medição automatizadas. Assim como a limpeza a laser substitui métodos obsoletos de preparação de superfície devido às necessidades de automação da fabricação de alto volume e alta precisão, as medições do ângulo de contato também tornam obsoletos os testes subjetivos e imprecisos de qualidade de superfície, como tintas dyne e testes de ruptura de água.
Os testes de desempenho de resistência examinam apenas uma amostra dos materiais processados, aumentando a taxa de refugo e não fornecendo nenhuma indicação de como criar uma ligação mais forte. Ângulos de contato, quando empregados em toda a linha de produção, podem indicar exatamente onde o processo precisa de ajustes e fornecer insights sobre o que precisa ser ajustado e em que medida.
3- Por que usar limpeza a laser?
Houve muitas pesquisas excelentes sobre como o tratamento de superfície a laser melhora a adesão. Por exemplo,um artigo publicado no Journal of Adhesionexplorou o quanto a força das articulações é melhorada pela limpeza a laser em comparação aos métodos tradicionais.
Resultados experimentais indicam que o tratamento superficial a laser de pré-adesão melhorou significativamente a resistência ao cisalhamento de amostras de alumínio ligadas com epóxi modificado em comparação com substratos não tratados e anodizados. Os melhores resultados foram obtidos com energia de laser de cerca de 0,2 J/pulso/cm², onde a resistência ao cisalhamento por sobreposição única foi melhorada em 600-700% em comparação com a liga de Al não tratada e em 40% em comparação com o pré-tratamento de anodização com ácido crômico.
O modo de falha mudou de adesivo para coesivo à medida que o número de pulsos de laser aumentava durante o tratamento. Este último fenômeno foi correlacionado com alterações morfológicas, reveladas por microscopia eletrônica, e modificações químicas, indicadas por Auger e espectroscopia de infravermelho.
Outro efeito interessante da ablação a laser é o poder que ela tem de criar uma superfície que não se degrada com o tempo.
Laser da Fortunarealizou um excelente trabalho investigando como a limpeza a laser interage com superfícies de maneiras surpreendentes. O tratamento a laser do alumínio cria pequenas crateras na superfície que derretem e quase simultaneamente se solidificam, formando uma camada microcristalina na superfície, ainda mais resistente à corrosão do que o próprio alumínio.
Observando o gráfico abaixo, vemos a diferença entre a resistência ao cisalhamento de uma colagem usando alumínio tratado a laser e alumínio tratado quimicamente. Com o tempo, à medida que as superfícies são expostas a um ambiente úmido, a capacidade da superfície tratada quimicamente de aderir bem diminui significativamente, pois a umidade começa a corroer a superfície, enquanto a superfície tratada a laser mantém sua resistência à corrosão após semanas de exposição.
Data de publicação: 12 de agosto de 2022
