對于車輛和飛機，采用防腐蝕保護材料對于在極端操作條件下保證其結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要。當(dāng)前在工業(yè)環(huán)境中廣泛使用兩種化學(xué)預(yù)處理工藝，為涂層附著力做準(zhǔn)備和保護鋁合金表面免受腐蝕。雖然受到嚴(yán)格監(jiān)管，但這兩個過程都使用了大量有害的化合物。

　　美國能源部橡樹嶺國家實驗室的一個研究團隊?wèi)?yīng)用激光干涉結(jié)構(gòu)（LIS）技術(shù)，在消除對化學(xué)品的需求方面取得了重大進展。LIS 方法的新應(yīng)用也為美國國防部找到了替代解決方案，以代替在軍用車輛和飛機系統(tǒng)上使用化學(xué)品作腐蝕保護。

　　鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層或CCC 使用六價鉻（一種已知的致癌物質(zhì)）抑制腐蝕。硫酸陽極氧化（SAA）使用了硫酸，也會嚴(yán)重刺激皮膚和眼睛，吸入后會導(dǎo)致永久性肺損傷。每年有數(shù)百萬加侖用過的化學(xué)溶液作為危險廢物進行處理。

　　美國軍方目前擁有超過12000架飛機、10000輛坦克、數(shù)百艘艦艇以及多種其他車輛和武器系統(tǒng)。國防部擁有數(shù)百個制造和維修車輛和設(shè)備的工業(yè)設(shè)施，每年在腐蝕防護方面的支出超過了200 億美元。此前，該機構(gòu)的戰(zhàn)略環(huán)境研究與發(fā)展計劃與能源部和環(huán)境保護局一起參與了研究項目，專注開發(fā)替代技術(shù)以消除對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的材料和工藝。

　　在已經(jīng)發(fā)表的三篇論文中，橡樹嶺國家實驗室材料科學(xué)家Adrian Sabau 和他所在的研究團隊描述、演示和分析了LIS 技術(shù)，并將其性能與傳統(tǒng)方法進行了比較。 Sabau 專門從事金屬鑄造和凝固等材料加工，團隊最近完成了一個使用LIS 進行汽車應(yīng)用粘合的項目。

　　實驗中，研究團隊通過將脈沖納秒激光的主光束分成了兩束，并將它們聚焦在試樣表面的同一點上處理鋁合金板。該過程使具有周期性結(jié)構(gòu)的表面變得粗糙，改變表面的化學(xué)性能和亞表面的微觀結(jié)構(gòu)。

　　“在激光加工中，在材料的頂部表面會產(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？它是否開裂？是否有任何對腐蝕保護無益的微觀結(jié)構(gòu)影響？”Sabau 說。

　　團隊中的物理化學(xué)家和顯微鏡學(xué)家為光學(xué)和激光技術(shù)中概述的表征工作做了貢獻，他們使用 X 射線光電子能譜，或者用XPS 進行表面化學(xué)分析。XPS 是一種材料表征技術(shù)，可以確定固體材料表面（頂部5納米到8納米）上的元素。在激光加工前，XPS 用于確定收到的鋁合金板的化學(xué)成分，顯示出大量的碳。

　　再次使用XPS 確定激光加工是否清潔了表面。結(jié)果顯示，顯著減少碳是團隊成員的主要發(fā)現(xiàn)之一。XPS 以及電子顯微鏡結(jié)果，幫助他們了解原始氧化物是如何通過激光加工而改變的。清潔鋁合金板后，表面通常會阻止涂層實現(xiàn)正確粘附，這是工業(yè)表面涂層中的一個已知問題。

　　技術(shù)人員Mike Stephens 按照國防部的要求，在經(jīng)過不同處理的合金板上噴涂上了底漆和面漆。然后，他將樣品暴露于2000 小時的鹽霧中，以檢查合金板在多個時期表現(xiàn)的耐腐蝕性。期間，團隊研究了LIS 制備的表面與傳統(tǒng)制備的合金基材相比如何，無論是否有底漆和面漆。

　　結(jié)果表明，經(jīng)過激光干涉處理的基材表現(xiàn)出更高的耐腐蝕性。然而，在涂有底漆或底漆和面漆的樣品上，經(jīng)過LIS 處理的零件沒有達到預(yù)期的效果，一些樣品在鹽霧暴露96 小時內(nèi)出現(xiàn)了氣泡。然而，這些水泡很小并且在數(shù)百小時的暴露中保持穩(wěn)定。

　　該團隊測試了第二組樣品，在涂底漆之前簡單地用丙酮擦拭，導(dǎo)致腐蝕很小，并且氣泡的形成延遲了數(shù)百小時。但研究團隊仍然對這一技術(shù)有信心，這項技術(shù)是朝著非化學(xué)密集型涂層表面制備邁出的一大步。

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