橡树岭国家实验室研发新技术LIS 减少车辆工业化学处理有害化合物

在极端操作条件下，为车辆和飞机的材料提供持久的防腐保护以保持结构完整性至关重要。工业环境中通常使用两种化学预处理工艺来制备涂层附着力并保护铝合金表面免受腐蚀。尽管受到严格监管，但这两种工艺都使用了大量有害化合物，影响环境和健康。据外媒报道，能源部橡树岭国家实验室的一个多学科科学家团队采用了激光干涉结构技术，大大减少了这些危险化学品的使用。

铬酸盐转化涂层使用六价铬来抑制腐蚀。硫酸阳极氧化使用硫酸，但硫酸会严重刺激皮肤和眼睛，吸入后会导致永久性肺部损伤。每年，数以百万加仑计的用过的化学溶液被处理在危险废物中。ORNL材料科学家Adrian Sabau和一组化学家和制造科学家共同描述、演示和分析了LIS技术，并将其性能与传统的溶剂密集型方法进行了比较。这项研究的合著者包括来自ORNL的Jiheon Jun、Mike Stephens、Dana McClurg、Harry Meyer III、Donovan Leonard和Jan Chen。Sabau专门从事金属铸造和凝固等材料加工，他的团队最近完成了一个使用LIS增强材料进行汽车应用粘接的项目。当他看到国防部呼吁研究非溶剂表面制备时，Sabau意识到类似的技术也可以有效提高涂层的附着力。

在实验中，科学家们通过将脉冲纳秒激光的主光束分为两束，并将其聚焦在样品表面的同一点来处理铝合金板。这一过程使表面粗糙化，形成周期性结构，改变表面化学和亚表面微观结构。萨鲍问道：，“在激光加工中，顶部表面会产生大量能量，我们需要了解基底发生了什么。基底是否受损？是否开裂？是否存在任何不利于防腐的微观结构效应？”理化学家Meyer和显微镜学家Leonard为光学和激光技术中概述的表征工作做出了贡献。Meyer使用X射线光电子能谱进行了表面化学分析。Meyer表示：XPS是一种材料表征技术，可以确定固体材料表面的元素。在激光加工之前，首先使用XPS来确定接收到的铝合金板的化学成分，该板显示出大量的碳。然后，再次使用XPS来确定表面是否已经通过激光处理进行了清洁。XPS和电子显微镜的结果可以帮助我们了解原始氧化物是如何通过激光处理改性的。Sabau补充道，“在检查地下特征时，我们意外发现富含铜的沉淀物会溶解在顶层，这也是腐蚀的开始。”在清洁铝合金板后，表面通常会阻止涂层正确粘附，这是工业表面涂层中常见的问题。研究团队对涂层附着力进行了研究，发现LIS方法提供了与行业标准以及溶剂密集型CCC和SAA技术相同的附着力。对于附着力研究，McClurg对材料进行了轮廓测量，这是一种绘制表面轮廓并提供粗糙度测量的技术。此外，技术人员Mike Stephens使用美军用于机翼和机身的环氧底漆进行了最终测试，并成功完成。这项任务非常精细，对时间要求很高，需要在经过不同处理的合金板上喷涂底漆和面漆，以符合国防部的严格规范。然后，斯蒂芬斯将样品暴露在盐雾中2000小时，并在不同时间检查其耐腐蚀性。Jun领导了腐蚀测试，并将LIS制备的表面与传统方法制备的合金基底进行了比较。这两种涂层都没有底漆或面漆。Jun说：“经过激光干涉处理的基底表现出更高的耐腐蚀性。”Jun认为这是富铜沉淀物溶解的结果。然而，在涂有底漆或底漆和面漆的样品上，LIS技术的性能不如che……

cal溶剂技术，一些样品在盐雾暴露96小时内出现气泡。然而，这些气泡很小，可以在暴露数百小时后保持稳定。该团队还测试了第二组样本，并在涂底漆前简单地用丙酮擦拭，从而将腐蚀降至最低，并将夜视气泡的形成延迟数百小时。Jun说：“我们的研究方法，结合实验室规模的电化学测量和ASTM盐雾测试的工业应用，非常成功。这种方法将有助于更深入地了解激光干涉加工的影响。”Sabau说：对于在没有溶剂的环境温度下进行的加工，大多数样品都表现得很好。LIS技术是朝着制备非化学致密涂层表面的正确方向迈出的一大步

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