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構完整非常重要。為準備涂層附著力和保護鋁合金表面免受腐蝕，工業環境中常采用兩種化學預處理工藝。雖然受到嚴格監管，但這兩種工藝都使用了大量影響環境和健康的有害化合物。

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

（圖片來源：ORNL）

鉻酸鹽轉化涂層（CCC）使用六價鉻（一種已知的致癌物質）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，吸入后還會導致永久性肺損傷。每年處理的危險廢物中，有數百萬加侖用過的化學溶液。

ORNL材料科學家Adrian Sabau和一個由化學家和制造科學家組成團隊共同對LIS技術進行了描述、展示和分析，并將其性能與傳統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加護進行汽車應用粘合的項目。當他看到國防部關于非溶劑表面制備研究的呼吁時，Sabau意識到類似技術也可以有效提高涂層附著力。

（圖片來源：ORNL）

實驗中，科學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構的表面變得粗糙，改變了表面化學和亞表面微觀結構。

Sabau發出疑問：“在激光加工中，頂部表面會產生大量能量，我們需要了解基材發生了什么。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構影響？”物理化學家Meyer和顯微鏡學家Leonard為光學和激光技術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）進行了表面化學分析。

Meyer表示：“XPS是一種材料表征技術，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，我們偶然發現，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，發現LIS方法與符合行業標準和溶劑密集型的CCC和SAA技術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。此外，技術人員Mike Stephens使用美國軍方用于飛機機翼和機身的環氧底漆進行最終測試，并順利完成。該任務十分精細，且時間要求高，需要在經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領導了腐蝕測試，對LIS制備的表面與傳統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：“經過激光干涉處理的基材表現出更高的耐腐蝕性。”Jun認為這是富銅沉淀物溶解的結果。然而，在涂有底漆或底漆和面漆的樣品上，LIS技術的性能不比化學溶劑技術，一些樣品在鹽霧暴露96小時內出現了氣泡。然而，這些氣泡很小，并可在數百小時的暴露中保持穩定。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百小時。

Jun表示：“我們的研究方法，結合實驗室規模的電化學測量和工業采用的ASTM（American Society for Testing Materials，美國材料測試協會）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境溫度下進行工藝，大多數樣品都表現得非常好。LIS技術是朝著非化學密集型涂層表面制備的正確方向邁出的一大步。”

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