激光清洗脫漆對鋁合金的機(jī)械和微觀結(jié)構(gòu)特性有什么影響，特別是在飛機(jī)蒙皮上？

圖片來源：Javier Ruiz/Shutterstock.com

清潔生銹表面的重要性

飛機(jī)的表皮是由鋁、鋁合金和其他金屬制成的，直接暴露在低溫高壓的環(huán)境中。表皮的作用是保持飛機(jī)的形狀不變，最大限度地反射陽光，并改善空氣動力學(xué)。定期的飛機(jī)維護(hù)是必要的，以防止涂料開裂、老化、剝落，以及由于機(jī)械劃痕、電磁輻射以及溫度和濕度變化的復(fù)雜服務(wù)環(huán)境而損壞機(jī)身部件。在飛機(jī)大修期間，必須徹底剝離涂層，以檢查底層的缺陷。

由于飛行過程中的復(fù)雜環(huán)境，飛機(jī)表皮的表面油漆層會在長時(shí)間的運(yùn)行中受損。作為日常維護(hù)的一部分，表面油漆必須被去除，以防止皮膚的疲勞損壞。這個(gè)程序除了改變飛機(jī)的外觀外，還可以精確地檢測出表皮表面的凹坑和疲勞斷裂等問題。

這只是一個(gè)相關(guān)的例子，說明為什么表面清潔是必不可少的。

常見的表面清潔方法

目前，機(jī)械處理和化學(xué)程序，都是昂貴的，低效的，對環(huán)境嚴(yán)重有害的，被用來剝離飛機(jī)蒙皮上的油漆。它們也會對基礎(chǔ)和表皮的其他元素造成一些損害。這些方法也有對工人身體造成傷害的危險(xiǎn)。需要一種高效的、非接觸的、非破壞性的、積極性高的、環(huán)保的替代清洗方法。

激光清洗通過利用材料與激光的相互作用機(jī)制，在對基體幾乎沒有損害的情況下，將特定的附著物從基體上去除。在清洗過程中，需要清洗的表面上的附著物會吸收激光能量，打破將被清除的物體附著在基體上的鍵。激光清洗具有非接觸性、選擇性、高效、可能高度自動化和高精度等特點(diǎn)。

此外，研究表明，與其他傳統(tǒng)的清洗過程相比，激光清洗能產(chǎn)生更精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)和更小的表面粗糙度，從而提高了應(yīng)用于金屬基材的新涂層的附著力。激光清洗程序很靈活，可用于各種污染物和基材。最近，激光清洗被認(rèn)為是涂覆、焊接和連接多種材料的前處理方法，也是焊接后去除污漬和變色的后處理方法。

激光清洗對鋁合金的脫漆效果

去除油漆是激光清洗的一個(gè)重要應(yīng)用。它已被發(fā)現(xiàn)是一種將油漆從表面去除的有效方法。長期以來，對飛機(jī)和工件的脈沖激光脫漆的報(bào)道和研究最近引起了越來越多的興趣。

使用激光從金屬表面去除油漆已經(jīng)得到了廣泛的研究。其中有幾個(gè)人探討了激光清洗的工作原理和理想的工藝變量。此外，一些研究人員還研究了激光清洗后金屬基體的一些特性。最近，激光清洗技術(shù)從金屬表面去除油漆的能力已被證明。另外，據(jù)報(bào)道，在激光清洗后，金屬基材的各種特性都得到了增強(qiáng)。然而，關(guān)于激光清洗后金屬基材特性改變的機(jī)理的出版物很少。

最近的發(fā)展

在最近發(fā)表在《真空》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員調(diào)查了通過激光清洗去除油漆的2024-T351鋁合金試樣的機(jī)械性能和微結(jié)構(gòu)特征。在激光清洗之前和之后，樣品的拉伸特性和表面微硬度被測量。使用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）檢查了微觀結(jié)構(gòu)特征。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與未經(jīng)處理的樣品相比，經(jīng)激光清洗處理的樣品的表面微硬度和抗拉強(qiáng)度分別提高了10.6%和8.4%。

總之，該研究報(bào)告稱，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，2024-T351鋁合金基體上的表面油漆層可以通過激光清洗成功去除�；�材的表面粗糙度保持相對不變。此外，通過激光清洗，2024-T351鋁合金的機(jī)械特性得到增強(qiáng)，表面微硬度、極限拉伸強(qiáng)度（UTS）和屈服強(qiáng)度（YS）分別提高了9.7%、6.6%和13.2%。2024-T351鋁合金表面在激光清洗過程中經(jīng)歷了位錯擴(kuò)散和晶粒細(xì)化，增強(qiáng)了材料的機(jī)械特性。

在Photonics雜志最近發(fā)表的另一項(xiàng)研究中，作者觀察到，通過修改激光參數(shù)，鋁合金飛機(jī)表皮上的特定多層油漆被去除。在激光清洗后，多層油漆產(chǎn)生了明顯比標(biāo)準(zhǔn)單層油漆更復(fù)雜的表面。分析波音737飛機(jī)蒙皮樣品的表面形態(tài)、化學(xué)成分和表面功能團(tuán)，發(fā)現(xiàn)成功的脫漆參數(shù)--激光能量密度為5.09焦耳/平方厘米，掃描速度為700毫米/秒，對鋁基材沒有損害。

在激光清洗后，與典型的機(jī)械研磨樣品相比，表面納米壓痕硬度提高了3.587%，油漆被去除，沒有受到傷害。使用電子背散射衍射（EBSD）觀察到的微觀結(jié)構(gòu)，其中塑性變形導(dǎo)致基材表面的應(yīng)變硬化，也支持納米壓痕硬度的增加。

總而言之，作為一種非接觸和非破壞性的技術(shù)，激光清洗為飛機(jī)表皮的脫漆提供了一種替代方法。同時(shí)，激光清洗過程中對晶粒細(xì)化和位錯擴(kuò)展的誘導(dǎo)也大大有助于提高鋁合金的顯微硬度和拉伸特性。此外，熱分解、蒸發(fā)和剝落是激光去除鋁合金飛機(jī)表皮油漆的機(jī)制。預(yù)計(jì)激光清洗將成為大規(guī)模、高效、低污染地去除飛機(jī)表面更復(fù)雜的油漆層的未來。