激光表面微织构对SHF-2D环氧锌底漆与铝合金基体界面结合强度影响研究

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铝合金的比强度高、成型性能好,是飞机、高铁等外壳的首选材料。基于防腐和美观方面的要求,在表面需要涂覆底漆。为了提高底漆和铝合金基体之间的界面结合强度,通常需要对基体表面进行毛化。激光表面微织构(Laser Surface Texture,LST)作为新型表面处理技术,能有效地毛化基体表面。本文以6061铝合金为研究对象,探索LST处理对SHF-2D环氧锌底漆与基体的界面结合强度影响规律。主要结论如下:(1)在表面形貌方面。LST处理后,对表面三维形貌、表面粗糙度Ra、最大轮廓高度Rz和曲线长Cl(粘附面积)进行综合研究分析。在光斑处于无搭接情况下,发现功率密度大于3.98×10~6 W/mm~2后,会产生热损伤现象导致圆形光斑不规则,热影响区域增大且更为粗糙,溅射物的体积与数量不断攀升;发现随扫描次数增加,光斑深度增加值相同,但边界处溅射物堆叠过程类似流体熔凝过程;发现脉冲宽度为100 ns时,其光斑边界处溅射物为“高耸型”,周围溅射物最少,光斑圆度最好。在光斑处于搭接情况下,发现光斑列搭接率为0%时,行方向上光斑之间处于外相切,其边界处溅射物高度堆叠,此外波谷处粗糙度会随着列搭接率增大而减小;发现光斑行搭接率为20%时,波谷会被下一列和行上光斑的边界溅射物覆盖,基体表面趋向于光滑;(2)在SHF-2D环氧锌底漆与基体附着力方面。LST可以提高底漆附着力约2~3倍,附着力最高可达15.98 MPa。对附着力、表面形貌、拉拔后表面形貌以及EDS分析进行综合研究。在光斑处于无搭接情况下,发现功率密度大于3.98×10~6 W/mm~2后,出现的热损伤现象会降低大颗粒溅射物与基体结合力,导致基体锁漆能力差;发现随扫描次数增多,单个光斑变深,更容易锁住内部底漆,导致底漆层断裂,降低粘附面积,使基体锁漆能力下降;发现当脉冲宽度为100ns时,上述表面形貌极大地提高附着力。在光斑处于搭接情况下,发现当光斑列搭接率为10%时,行方向上相邻光斑之间形成的“倒挂式”溅射物,能有效地锁住底漆,且光斑边缘处大颗粒溅射物具有良好的锁漆能力;发现当光斑行搭接率大于40%时,在基体表面会形成微米级小凹坑和溅射物等形貌,提高基体锁漆能力。
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