激光脱漆如何改变铝合金的微观结构？

激光清洗脱漆对铝合金的机械和微观结构特性有什么影响，特别是在飞机蒙皮上？
 

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清洁生锈表面的重要性

飞机的表皮是由铝、铝合金和其他金属制成的，直接暴露在低温高压的环境中。表皮的作用是保持飞机的形状不变，最大限度地反射阳光，并改善空气动力学。定期的飞机维护是必要的，以防止涂料开裂、老化、剥落，以及由于机械划痕、电磁辐射以及温度和湿度变化的复杂服务环境而损坏机身部件。在飞机大修期间，必须彻底剥离涂层，以检查底层的缺陷。

由于飞行过程中的复杂环境，飞机表皮的表面油漆层会在长时间的运行中受损。作为日常维护的一部分，表面油漆必须被去除，以防止皮肤的疲劳损坏。这个程序除了改变飞机的外观外，还可以精确地检测出表皮表面的凹坑和疲劳断裂等问题。

这只是一个相关的例子，说明为什么表面清洁是必不可少的。

常见的表面清洁方法

目前，机械处理和化学程序，都是昂贵的，低效的，对环境严重有害的，被用来剥离飞机蒙皮上的油漆。它们也会对基础和表皮的其他元素造成一些损害。这些方法也有对工人身体造成伤害的危险。需要一种高效的、非接触的、非破坏性的、积极性高的、环保的替代清洗方法。

激光清洗通过利用材料与激光的相互作用机制，在对基体几乎没有损害的情况下，将特定的附着物从基体上去除。在清洗过程中，需要清洗的表面上的附着物会吸收激光能量，打破将被清除的物体附着在基体上的键。激光清洗具有非接触性、选择性、高效、可能高度自动化和高精度等特点。

此外，研究表明，与其他传统的清洗过程相比，激光清洗能产生更精细的微观结构和更小的表面粗糙度，从而提高了应用于金属基材的新涂层的附着力。激光清洗程序很灵活，可用于各种污染物和基材。最近，激光清洗被认为是涂覆、焊接和连接多种材料的前处理方法，也是焊接后去除污渍和变色的后处理方法。

激光清洗对铝合金的脱漆效果

去除油漆是激光清洗的一个重要应用。它已被发现是一种将油漆从表面去除的有效方法。长期以来，对飞机和工件的脉冲激光脱漆的报道和研究最近引起了越来越多的兴趣。

使用激光从金属表面去除油漆已经得到了广泛的研究。其中有几个人探讨了激光清洗的工作原理和理想的工艺变量。此外，一些研究人员还研究了激光清洗后金属基体的一些特性。最近，激光清洗技术从金属表面去除油漆的能力已被证明。另外，据报道，在激光清洗后，金属基材的各种特性都得到了增强。然而，关于激光清洗后金属基材特性改变的机理的出版物很少。

最近的发展

在最近发表在《真空》杂志上的一项研究中，研究人员调查了通过激光清洗去除油漆的2024-T351铝合金试样的机械性能和微结构特征。在激光清洗之前和之后，样品的拉伸特性和表面微硬度被测量。使用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）检查了微观结构特征。

实验结果显示，与未经处理的样品相比，经激光清洗处理的样品的表面微硬度和抗拉强度分别提高了10.6%和8.4%。

总之，该研究报告称，在优化的实验条件下，2024-T351铝合金基体上的表面油漆层可以通过激光清洗成功去除。基材的表面粗糙度保持相对不变。此外，通过激光清洗，2024-T351铝合金的机械特性得到增强，表面微硬度、极限拉伸强度（UTS）和屈服强度（YS）分别提高了9.7%、6.6%和13.2%。2024-T351铝合金表面在激光清洗过程中经历了位错扩散和晶粒细化，增强了材料的机械特性。

在Photonics杂志最近发表的另一项研究中，作者观察到，通过修改激光参数，铝合金飞机表皮上的特定多层油漆被去除。在激光清洗后，多层油漆产生了明显比标准单层油漆更复杂的表面。分析波音737飞机蒙皮样品的表面形态、化学成分和表面功能团，发现成功的脱漆参数--激光能量密度为5.09焦耳/平方厘米，扫描速度为700毫米/秒，对铝基材没有损害。

在激光清洗后，与典型的机械研磨样品相比，表面纳米压痕硬度提高了3.587%，油漆被去除，没有受到伤害。使用电子背散射衍射（EBSD）观察到的微观结构，其中塑性变形导致基材表面的应变硬化，也支持纳米压痕硬度的增加。

总而言之，作为一种非接触和非破坏性的技术，激光清洗为飞机表皮的脱漆提供了一种替代方法。同时，激光清洗过程中对晶粒细化和位错扩展的诱导也大大有助于提高铝合金的显微硬度和拉伸特性。此外，热分解、蒸发和剥落是激光去除铝合金飞机表皮油漆的机制。预计激光清洗将成为大规模、高效、低污染地去除飞机表面更复杂的油漆层的未来。

参考资料

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Zou, W., et al. (2021). Characteristics of the audible acoustic signal in the process of laser cleaning of paint on the metal surface. Optics and Laser Technology, 144, 107388. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107388

Lu, Y., et al. (2020). Ultraviolet laser cleaning and surface characterization of AH36 steel for rust removal. Journal of Laser Applications, 32, 032023.

Written by Surbhi Jain

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