Производители всегда стремятся сделать продукцию более прочной, долговечной и надежной, в том числе в автомобильной и аэрокосмической отраслях. В этом стремлении они часто модернизируют и заменяют системы материалов на сплавы металлов с меньшей плотностью, лучшей температурной и коррозионной стойкостью. Это дает производителям лучшую опору на рынке.
На самом деле, это только половина истории.
Еще более весомым стратегическим преимуществом является количественная уверенность в прочности, долговечности и надежности продукта.
Замена старых материалов на более прочные может быть хорошим началом, но это также требует более продвинутых производственных процессов, которые полагаются на более чистую и эффективную очистку поверхности для создания прочных структур. Металлы, такие как алюминиевые сплавы, и современные материалы, такие как композиты из углеродного волокна и полимеров, часто используемые в автомобильной и аэрокосмической промышленности, требуют склеивания для снижения веса (при использовании крепежных элементов вес добавляется к конструкции) и для создания более надежных соединений.
Традиционные методы отделки алюминия включают пескоструйную обработку, протирку растворителем, а затем шлифовку (с использованием абразивной губки) или анодирование. Склеивание открывает двери для более автоматизированных процессов, для которых традиционные отделки несовместимы.
Анодирование более распространено в аэрокосмических приложениях, где эта более дорогая и более строгая подготовка используется для соответствия строгим спецификациям. Присущая пескоструйной обработке и ручным абразивным методам изменчивость ясно показывает, что необходим более контролируемый процесс.
Лазерная очистка или лазерная абляция заполняет этот технологический пробел как более точный, экологически чистый, автоматизированный и эффективный метод обработки металлических и композитных поверхностей для очистки. Типы загрязнений, обнаруженные на поверхности этих материалов, легко удаляются лазерной обработкой.
Поскольку лазерная очистка настолько мощная, крайне важно точно знать, как она влияет на вашу поверхность. Разницу между правильно обработанной поверхностью и недостаточно или чрезмерно обработанной поверхностью может быть крайне сложно оценить. Благодаря технологии количественной проверки процесса, такой же чувствительной и точной, как и сам лазерный процесс, производители могут быть уверены, что их металлические и композитные поверхности полностью готовы к склеиванию.
Следующий лазер Fortune даст вам подробное представление о причинах выбора лазерной чистки.
1 –Что такое лазерная очистка?
Лазерная обработка — это чрезвычайно точная термическая технология очистки, которая работает путем удаления (абляции) крошечных фракций поверхности материала с помощью сфокусированного, часто импульсного, лазерного луча. Лазер облучает поверхность, чтобы удалить атомы, и может использоваться для сверления очень маленьких, глубоких отверстий в очень твердых материалах, создавая тонкие пленки или наночастицы на поверхности.
Этот процесс очистки поверхности настолько эффективен из-за его способности воздействовать на такие малые слои загрязнений и остатков. Алюминиевые поверхности содержат оксиды и смазочные масла, которые вредны для клеевого соединения, а композиты часто сохраняют остаточные выделения пресс-форм и другие силиконовые загрязнения, которые не могут образовывать прочные химические связи с клеями.
Когда клей наносится на поверхность, на которой присутствует один из этих остатков, он будет пытаться химически прилипнуть к маслам и силикону в верхних нескольких молекулярных слоях материала. Эти связи чрезвычайно слабы и неизбежно разрушатся либо во время испытаний производительности, либо во время использования продукта. Когда соединения разрушаются в точке, где поверхность и клей или покрытие встречаются, это называется межфазным разрушением. Когезионный разрыв во время испытания на сдвиг внахлест происходит, когда разрыв происходит внутри самого клея. Это свидетельствует об очень прочной связи и собранной структуре, которая является упругой и долговечной.
Когезионный разрыв этих композитных образцов, обработанных лазером, показывает наличие клея на обеих сторонах склеиваемых материалов.
Разрушение поверхности раздела этих композитных образцов, которые не подвергались обработке, показывает, что клей прилип только к одной из сторон и полностью отсоединился от другой.
Когда у вас есть когезионное разрушение, у вас есть межфазная связь, которая не отпускает просто так. Поверхностная обработка направлена на изменение поверхности для удаления загрязнений и создания или раскрытия поверхности, которая сможет химически сплавляться с клеем для прочных и надежных связей.
2- Как узнать, готова ли обработанная лазером поверхность к склеиванию
Измерения угла контакта, подобные тем, которые упомянуты в статье IJAA и используются для понимания ухудшения качества обработки с течением времени, являются исключительно хорошим способом мониторинга и проверки процессов лазерной очистки.
Измерение угла контакта чувствительно к молекулярным изменениям, происходящим на поверхности, обрабатываемой лазером. Капля жидкости, помещенная на поверхность, будет подниматься или опускаться в точном соответствии с количеством микроскопических загрязнений на поверхности. Измерения угла контакта являются неумолимым индикатором адгезии и могут обеспечить ясность и наглядность того, насколько согласована прочность обработки с потребностями очистки материалов.
Измерения угла контакта прекрасно коррелируют с изменениями в уровнях загрязняющих веществ, обнаруженными методами спектроскопии. Большинство точных измерений загрязняющих веществ на поверхностях выполняется с помощью оборудования, которое производители не могут себе позволить купить и которое в любом случае не может быть использовано на реальных деталях, которые фактически производятся.
Измерения угла контакта можно выполнять непосредственно перед обработкой и после нее на производственной линии с помощьюруководствоилиавтоматизированные измерительные инструменты. Так же, как лазерная очистка заменяет устаревшие методы подготовки поверхности из-за необходимости автоматизации крупносерийного высокоточного производства, измерения угла контакта также делают устаревшими субъективные и неточные тесты качества поверхности, такие как тесты на стойкость к воздействию чернил Dyne и тесты на разрыв воды.
Испытания на прочность проверяют только образец обрабатываемых материалов, что увеличивает процент брака и не дает никаких указаний на то, как создать более прочную связь. Контактные углы, используемые на протяжении всей производственной линии, могут указать, где именно процесс требует корректировки, и могут дать представление о том, что необходимо корректировать и в какой степени.
3- Зачем использовать лазерную очистку?
Было проведено много замечательных исследований о том, как лазерная обработка поверхности улучшает адгезию. Например,статья опубликована в журнале Journal of Adhesionисследовали, насколько повышается прочность суставов при лазерной очистке по сравнению с традиционными методами.
«Экспериментальные результаты показывают, что предварительная адгезионная лазерная обработка поверхности значительно улучшила прочность на сдвиг образцов алюминия, соединенных модифицированной эпоксидной смолой, по сравнению с необработанными и анодированными подложками. Наилучшие результаты были получены при энергии лазера около 0,2 Дж/Импульс/см2, где прочность на сдвиг одиночного нахлеста была улучшена на 600-700% по сравнению с необработанным сплавом Al и на 40% по сравнению с предварительной обработкой анодированием хромовой кислотой.
Режим разрушения изменился с адгезионного на когезионный по мере увеличения количества лазерных импульсов во время обработки. Последнее явление коррелировало с изменениями морфологии, выявленными с помощью электронной микроскопии, и химической модификацией, выявленной с помощью Оже- и инфракрасной спектроскопии».
Еще одним интересным эффектом лазерной абляции является способность создавать поверхность, которая не разрушается со временем.
Фортуна Лазерпроделал большую работу, изучая, как лазерная очистка взаимодействует с поверхностями некоторыми удивительными способами. Лазерная обработка алюминия создает крошечные кратеры на поверхности, которые плавятся и почти одновременно затвердевают в микрокристаллический слой на поверхности, который еще более устойчив к коррозии, чем сам алюминий.
На диаграмме ниже показана разница между прочностью на сдвиг соединения алюминия, обработанного лазером, и алюминия, обработанного химическим способом. Со временем, поскольку поверхности подвергаются воздействию влажной среды, способность химически обработанной поверхности хорошо соединяться значительно снижается, поскольку влага начинает разъедать поверхность, в то время как поверхность, обработанная лазером, сохраняет свою коррозионную стойкость после недель воздействия.
Время публикации: 12 авг. 2022 г.
