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

在极端的工作条件下，长时间保护车辆和飞机的材料不受腐蚀以保持结构的完整性是非常重要的。为了制备涂层附着力和保护铝合金表面免受腐蚀，在工业环境中经常使用两种化学预处理工艺。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。

据国外媒体报道，能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的一个多学科科学家团队采用了一种激光干涉结构化(LIS)技术，大大减少了这些危险化学品的使用。

(来源:ORNL)

铬酸盐转化涂层(CCC)使用六价铬(一种已知的致癌物)来抑制腐蚀。硫酸阳极氧化(SAA)中使用硫酸，但硫酸会严重刺激皮肤和眼睛，吸入后会造成永久性肺损伤。每年处理的危险废物中有数百万加仑用过的化学溶液。

ORNL大学的材料科学家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。这项研究的共同作者包括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的加工，其团队最近完成了一个使用LIS增强材料粘合汽车应用的项目。当他看到国防部号召研究无溶剂表面制备时，萨博意识到类似的技术也可以有效提高涂层的附着力。

(来源:ORNL)

在实验中，科学家通过将脉冲纳秒激光的主光束分成两束并聚焦在样品表面的同一点上来处理铝合金板。这一过程使具有周期性结构的表面变得粗糙，并改变了表面化学和亚表面微观结构。

萨博质疑道:“在激光加工中，顶部表面会产生大量能量，我们需要知道基底发生了什么。损坏了吗？它裂开了吗？是否存在不利于防腐的微观结构影响？”物理化学家迈耶和显微镜学家伦纳德对《光学和激光技术》中概述的特征做出了贡献。迈耶使用X射线光电子能谱(XPS)分析表面化学。

迈耶说:“XPS是一种材料表征技术，可以确定固体材料表面的元素(顶层5到8纳米)。在激光处理之前，使用XPS来确定铝合金板的化学成分，其显示出大量的碳。之后，再次使用XPS来确定表面是否被激光处理清洁。XPS和电子显微镜的结果可以帮助我们了解原来的氧化物是如何被激光加工改变的。”萨博补充说:“在观察地下特征时，我们意外发现富含铜的沉积物会在顶部溶解，那就是腐蚀的开始。”

铝合金板清洗后，这种表面能通常会使涂层无法正确附着，这是工业表面涂装中常见的问题。研究小组研究了涂层的附着力，发现LIS方法与CCC和SAA技术公司提供的附着力相同，符合行业标准，是溶剂密集型的。

对于粘附力研究，McClurg测量了材料的轮廓，这是一种绘制表面轮廓并提供粗糙度测量的技术。此外，技术员迈克·斯蒂芬斯(Mike Stephens)使用美军用于飞机机翼和机身的环氧底漆进行最后的测试，并成功完成。这个任务非常细致，时间要求很高，需要在不同处理的合金板上喷涂底漆和面漆，以满足国防部的严格规范。斯蒂芬斯随后将样品暴露在盐雾中2000小时，并检查不同时期的耐腐蚀性。君主导腐蚀试验，对比LIS制备的表面与传统合金基底。两种涂料都没有底漆和面漆。

君说:“经过激光干涉处理的基材表现出更高的耐腐蚀性。”君认为这是富铜沉淀溶解的结果。然而，在……涂有底漆或底漆和面漆的样品，LIS技术的性能并不比化学溶剂技术好，部分样品在盐雾暴露96小时内出现气泡。然而，这些气泡非常小，可以在数百小时的暴露过程中保持稳定。研究小组还测试了第二组样本，这些样本在起爆前简单地用丙酮擦拭，这样腐蚀非常小，夜视气泡的形成被延迟了数百个小时。

君说:“我们的研究方法，结合实验室规模的电化学测量和工业ASTM(美国材料试验协会)盐雾试验，非常成功。这种方法将有助于深入理解激光干涉加工的影响。”

Sabau说:“在没有溶剂的环境温度下，大多数样品的过程表现非常好。对于非化学密集型涂层的表面处理，LIS技术是朝着正确方向迈出的一大步。”在极端的工作条件下，长时间保护车辆和飞机的材料不受腐蚀以保持结构的完整性是非常重要的。为了制备涂层附着力和保护铝合金表面免受腐蚀，在工业环境中经常使用两种化学预处理工艺。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。

据国外媒体报道，能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的一个多学科科学家团队采用了一种激光干涉结构化(LIS)技术，大大减少了这些危险化学品的使用。

(来源:ORNL)

铬酸盐转化涂层(CCC)使用六价铬(一种已知的致癌物)来抑制腐蚀。硫酸阳极氧化(SAA)中使用硫酸，但硫酸会严重刺激皮肤和眼睛，吸入后会造成永久性肺损伤。每年处理的危险废物中有数百万加仑用过的化学溶液。

ORNL大学的材料科学家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。这项研究的共同作者包括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的加工，其团队最近完成了一个使用LIS增强材料粘合汽车应用的项目。当他看到国防部号召研究无溶剂表面制备时，萨博意识到类似的技术也可以有效提高涂层的附着力。

(来源:ORNL)

在实验中，科学家通过将脉冲纳秒激光的主光束分成两束并聚焦在样品表面的同一点上来处理铝合金板。这一过程使具有周期性结构的表面变得粗糙，并改变了表面化学和亚表面微观结构。

萨博质疑道:“在激光加工中，顶部表面会产生大量能量，我们需要知道基底发生了什么。损坏了吗？它裂开了吗？是否存在不利于防腐的微观结构影响？”物理化学家迈耶和显微镜学家伦纳德对《光学和激光技术》中概述的特征做出了贡献。迈耶使用X射线光电子能谱(XPS)分析表面化学。

迈耶说:“XPS是一种材料表征技术，可以确定固体材料表面的元素(顶层5到8纳米)。在激光处理之前，使用XPS来确定铝合金板的化学成分，其显示出大量的碳。之后，再次使用XPS来确定表面是否被激光处理清洁。XPS和电子显微镜的结果可以帮助我们了解原来的氧化物是如何被激光加工改变的。”萨博补充说:“在观察地下特征时，我们意外发现富含铜的沉积物会在顶部溶解，那就是腐蚀的开始。”

铝合金板清洗后，这种表面能通常会使涂层无法正确附着，这是工业表面涂装中常见的问题。研究小组研究了涂层的附着力，发现LIS方法与CCC和SAA技术公司提供的附着力相同，符合行业标准……rds和是溶剂密集型的。

对于粘附力研究，McClurg测量了材料的轮廓，这是一种绘制表面轮廓并提供粗糙度测量的技术。此外，技术员迈克·斯蒂芬斯(Mike Stephens)使用美军用于飞机机翼和机身的环氧底漆进行最后的测试，并成功完成。这个任务非常细致，时间要求很高，需要在不同处理的合金板上喷涂底漆和面漆，以满足国防部的严格规范。斯蒂芬斯随后将样品暴露在盐雾中2000小时，并检查不同时期的耐腐蚀性。君主导腐蚀试验，对比LIS制备的表面与传统合金基底。两种涂料都没有底漆和面漆。

君说:“经过激光干涉处理的基材表现出更高的耐腐蚀性。”君认为这是富铜沉淀溶解的结果。但在涂有底漆或底漆和面漆的样品上，LIS技术的性能并不比化学溶剂技术好，部分样品在盐雾暴露96小时内出现气泡。然而，这些气泡非常小，可以在数百小时的暴露过程中保持稳定。研究小组还测试了第二组样本，这些样本在起爆前简单地用丙酮擦拭，这样腐蚀非常小，夜视气泡的形成被延迟了数百个小时。

君说:“我们的研究方法，结合实验室规模的电化学测量和工业ASTM(美国材料试验协会)盐雾试验，非常成功。这种方法将有助于深入理解激光干涉加工的影响。”

Sabau说:“在没有溶剂的环境温度下，大多数样品的过程表现非常好。对于非化学密集型涂层的表面处理，LIS技术是朝着正确方向迈出的一大步。”

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