Os fabricantes estão sempre em busca de produtos mais resistentes, duráveis e confiáveis, tanto no setor automotivo quanto no aeroespacial. Nessa busca, frequentemente atualizam e substituem sistemas de materiais por ligas metálicas de menor densidade e melhor resistência à temperatura e à corrosão. Isso proporciona aos fabricantes uma posição mais sólida no mercado.
Na verdade, essa 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 exige processos de fabricação mais avançados que dependem de uma limpeza de superfície mais eficiente e precisa para criar estruturas robustas. Metais como ligas de alumínio e materiais avançados como compósitos de polímero com fibra de carbono, frequentemente usados na indústria automotiva e aeroespacial, requerem colagem para reduzir o peso – já que o uso de fixadores aumenta o peso da estrutura – e para criar juntas mais confiáveis.
As técnicas tradicionais de acabamento em alumínio incluem jateamento de areia, limpeza com solvente, seguida de lixamento (com uma 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 esse processo de preparação, mais caro e rigoroso, é utilizado para atender a especificações exigentes. 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 de processo como 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 a superfície. A diferença entre uma superfície tratada corretamente e uma superfície tratada em excesso ou insuficientemente pode ser extremamente difícil de avaliar. Com uma 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 preparadas para a colagem.
O vídeo a seguir, da Fortune Laser, apresentará em detalhes os 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) minúsculas frações da superfície de um material através de um feixe de laser focalizado, geralmente pulsado. O laser irradia a superfície para remover átomos e pode ser usado para perfurar orifícios extremamente pequenos e profundos em materiais muito duros, produzindo filmes finos ou nanopartículas em uma superfície.
Este processo de limpeza de superfície é tão eficaz devido à sua capacidade de atingir camadas muito finas de contaminantes e resíduos. As superfícies de alumínio contêm óxidos e óleos lubrificantes que são prejudiciais à adesão, 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 tentará aderir quimicamente aos óleos e silicones nas camadas moleculares mais superficiais 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 por sobreposição ocorre quando a ruptura acontece dentro do próprio adesivo. Isso indica uma ligação muito forte e uma estrutura montada resiliente e duradoura.
A falha coesiva dessas amostras compostas tratadas a laser mostra a presença de adesivo em ambos os lados dos materiais que estão sendo unidos.
A falha interfacial dessas amostras de compósito que não foram tratadas mostra que o adesivo aderiu apenas a um dos lados e se desprendeu completamente do outro.
Quando ocorre uma falha coesiva, há uma ligação interfacial que não se rompe facilmente. Os tratamentos de superfície visam modificar a superfície para remover contaminantes e criar ou revelar uma superfície capaz de se fundir quimicamente com o adesivo, resultando em ligações duráveis e confiáveis.
2Como saber se a superfície tratada a laser está pronta para adesão
As medições do ângulo de contato, como as mencionadas no artigo da IJAA, utilizadas para compreender a degradação dos tratamentos ao longo do tempo, são uma forma excepcionalmente eficaz de monitorar e verificar os processos de limpeza a laser.
A medição do ângulo de contato é sensível às alterações moleculares que ocorrem em uma superfície tratada a laser. A gota de líquido colocada sobre a superfície subirá ou descerá em proporção exata à quantidade de contaminação microscópica presente. As medições do ângulo de contato são um indicador preciso de adesão e podem oferecer clareza e visibilidade sobre o quão alinhada a eficácia do tratamento está com as necessidades de limpeza dos materiais.
As medições do ângulo de contato apresentam uma excelente correlação com as alterações nos níveis de contaminantes detectadas por métodos espectroscópicos. A maioria das medições de precisão de contaminantes em superfícies é feita com equipamentos que não são viáveis para os fabricantes adquirirem e que, de qualquer forma, não poderiam ser usados em peças reais durante a fabricação.
As medições do ângulo de contato podem ser realizadas imediatamente antes e depois do tratamento na linha de produção commanualouferramentas de medição automatizadasAssim 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 testes subjetivos e imprecisos de qualidade de superfície, como tintas de dyne e testes de ruptura da água.
Os testes de resistência analisam apenas uma amostra dos materiais processados, aumentando a taxa de refugo e não indicando como criar uma ligação mais forte. Os ângulos de contato, quando utilizados em toda a linha de produção, podem apontar exatamente onde o processo precisa de ajustes e fornecer informações sobre o que precisa ser ajustado e em que medida.
3- Por que usar a limpeza a laser?
Muitas pesquisas excelentes foram realizadas sobre como o tratamento de superfície a laser melhora a adesão. Por exemplo,um artigo publicado no Journal of AhesionInvestigou-se o quanto a limpeza a laser aumenta a resistência das articulações em comparação com os métodos tradicionais.
“Os resultados experimentais indicam que o tratamento de superfície a laser pré-adesão melhorou significativamente a resistência ao cisalhamento de amostras de alumínio coladas 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 de juntas sobrepostas simples foi melhorada em 600-700% em comparação com a liga de alumínio 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 aumentou durante o tratamento. Este último fenômeno foi correlacionado com alterações morfológicas, conforme revelado pela microscopia eletrônica, e com modificações químicas, conforme indicado pela espectroscopia Auger e infravermelha.
Outro efeito interessante da ablação a laser é a sua capacidade de criar uma superfície que não se degrada com o tempo.
Fortune Laserrealizou um excelente trabalho investigando como a limpeza a laser interage com as superfícies de maneiras surpreendentes. O tratamento a laser do alumínio cria minúsculas crateras na superfície que derretem e quase simultaneamente se solidificam em uma camada microcristalina ainda mais resistente à corrosão do que o próprio alumínio.
Observando o gráfico abaixo, nota-se a diferença na resistência ao cisalhamento de uma ligação entre alumínio tratado a laser e alumínio tratado quimicamente. Com o tempo, à medida que as superfícies são expostas a um ambiente úmido, a capacidade de adesão da superfície tratada quimicamente diminui significativamente, pois a umidade começa a corroer a superfície, enquanto a superfície tratada a laser mantém sua resistência à corrosão mesmo após semanas de exposição.
Data da publicação: 12 de agosto de 2022
