蓋世汽車訊 在極端操作條件下，對車輛和飛機的材料進行持久性防腐蝕保護從而保持結(jié)構(gòu)完整非常重要。為準備涂層附著力和保護鋁合金表面免受腐蝕，工業(yè)環(huán)境中常采用兩種化學(xué)預(yù)處理工藝。雖然受到嚴格監(jiān)管，但這兩種工藝都使用了大量影響環(huán)境和健康的有害化合物。

據(jù)外媒報道，能源部橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）的一個多學(xué)科科學(xué)家團隊采用了一種激光干涉結(jié)構(gòu)（laser-interference structuring，LIS）技術(shù)，大大減少對這些危險化學(xué)物品的采用。

（圖片來源：ORNL）

鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層（CCC）使用六價鉻（一種已知的致癌物質(zhì)）來抑制腐蝕。硫酸陽極氧化（SAA）使用的是硫酸，但硫酸會嚴重刺激皮膚和眼睛，吸入后還會導(dǎo)致永久性肺損傷。每年處理的危險廢物中，有數(shù)百萬加侖用過的化學(xué)溶液。

ORNL材料科學(xué)家Adrian Sabau和一個由化學(xué)家和制造科學(xué)家組成團隊共同對LIS技術(shù)進行了描述、展示和分析，并將其性能與傳統(tǒng)溶劑密集型方法下的性能進行了比較。該研究的合著者包括ORNL的Jiheon Jun、Mike Stephens、Dana McClurg、Harry Meyer III、Donovan Leonard和Jan Chen。

Sabau專門從事金屬鑄造和凝固等材料加工，其團隊最近完成了一個使用LIS加護進行汽車應(yīng)用粘合的項目。當(dāng)他看到國防部關(guān)于非溶劑表面制備研究的呼吁時，Sabau意識到類似技術(shù)也可以有效提高涂層附著力。

（圖片來源：ORNL）

實驗中，科學(xué)家通過將脈沖納秒激光的主光束分成兩束，并將它們聚焦在試樣表面的同一點上來處理鋁合金板。該過程使具有周期性結(jié)構(gòu)的表面變得粗糙，改變了表面化學(xué)和亞表面微觀結(jié)構(gòu)。

Sabau發(fā)出疑問：“在激光加工中，頂部表面會產(chǎn)生大量能量，我們需要了解基材發(fā)生了什么。它是否損壞？是否開裂？是否有任何對腐蝕保護無益的微觀結(jié)構(gòu)影響？”物理化學(xué)家Meyer和顯微鏡學(xué)家Leonard為光學(xué)和激光技術(shù)中概述的表征工作做出了貢獻。Meyer使用X射線光電子能譜（XPS）進行了表面化學(xué)分析。

Meyer表示：“XPS是一種材料表征技術(shù)，它可以確定固體材料表面（頂部5到8納米）上的元素。在激光加工之前，先試用XPS用于確定收到的鋁合金板的化學(xué)成分，從而顯示出大量碳。之后，再次使用XPS來確定激光加工是否對表面進行了清潔。XPS以及電子顯微鏡的結(jié)果可以幫助我們了解原始氧化物是如何通過激光加工改變的。”Sabau補充說：“在查看地下特征時，我們偶然發(fā)現(xiàn)，富銅沉淀物會在頂層溶解，而那也是腐蝕的開始。”

清潔鋁合金板后，該表面能通常會阻止涂層正確粘附，這是工業(yè)表面涂層中的常見問題。研究團隊對涂層附著力進行了研究，發(fā)現(xiàn)LIS方法與符合行業(yè)標準和溶劑密集型的CCC和SAA技術(shù)所提供的附著力一樣。

對于粘附研究，McClurg對材料進行了輪廓測量，這是一種繪制表面輪廓并提供粗糙度測量的技術(shù)。此外，技術(shù)人員Mike Stephens使用美國軍方用于飛機機翼和機身的環(huán)氧底漆進行最終測試，并順利完成。該任務(wù)十分精細，且時間要求高，需要在經(jīng)過不同處理的合金板上噴涂底漆和面漆，以符合國防部的嚴格規(guī)格。然后，Stephens將樣品暴露鹽霧中達2,000個小時，并檢查不同時期的耐腐蝕性。Jun領(lǐng)導(dǎo)了腐蝕測試，對LIS制備的表面與傳統(tǒng)制備的合金基材進行了比較。這兩種涂層均沒有底漆和面漆。

Jun表示：“經(jīng)過激光干涉處理的基材表現(xiàn)出更高的耐腐蝕性?！盝un認為這是富銅沉淀物溶解的結(jié)果。然而，在涂有底漆或底漆和面漆的樣品上，LIS技術(shù)的性能不比化學(xué)溶劑技術(shù)，一些樣品在鹽霧暴露96小時內(nèi)出現(xiàn)了氣泡。然而，這些氣泡很小，并可在數(shù)百小時的暴露中保持穩(wěn)定。該團隊還測試了第二組樣品，在涂底漆之前簡單地用丙酮擦拭，從而使得腐蝕很小，夜視氣泡的形成延遲了數(shù)百小時。

Jun表示：“我們的研究方法，結(jié)合實驗室規(guī)模的電化學(xué)測量和工業(yè)采用的ASTM（American Society for Testing Materials，美國材料測試協(xié)會）鹽霧測試，是非常成功的。該方法將有助于深入了解激光干涉處理的影響。”

Sabau表示：“對于在沒有溶劑的環(huán)境溫度下進行工藝，大多數(shù)樣品都表現(xiàn)得非常好。LIS技術(shù)是朝著非化學(xué)密集型涂層表面制備的正確方向邁出的一大步。”

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