Новая лазерная технология позволяет сплавить алюминий с пластиком

Команда ученых из Фраунгоферовского института материаловедения и лучевых технологий разработала новый способ эффективного сцепления алюминия и пластика. 

Недавно группа немецких инженеров продемонстрировала технику смешивания пластика с алюминием путем предварительной подготовки алюминиевых пластин инфракрасными лазерами. В журнале Journal of Laser Applications исследователи описали, как огрубление поверхности алюминия при помощи непрерывных лазерных лучей создает механическое взаимное сцепление с термопластическим полиамидом и приводит к более высокой адгезии.

«При других способах смешивания у вас есть пластиковая часть, которую вы хотите совместить с металлической частью. В процессе литья под давлением мы генерируем пластиковую часть поверх металлической в углублении машины, — говорит автор исследования Яна Гебауэр. — Полученный результат очень сложно сравнить с термическим прессованием или другими технологиями смешивания из-за специфических температурных условий».

Для решения вышеупомянутых проблем Гебауэр с коллегами использовала непрерывный и пульсирующий на протяжении 20 пикосекунд лазер, чтобы создать поверхность на алюминиевых пластинах, наиболее подходящую для сцепления с полиамидным слоем. Затем ученые поместили пластины в литьевые формы и залили их термопластичным полиамидом — полимером, относящимся к нейлону, который применяется в корпусах электроинструментов, машинных винтах и шестеренках.

«Затем мы проанализировали поверхностную топографию и провели механические испытания связывающего поведения, чтобы выяснить, какие параметры приводили к максимально крепкому связыванию», — объясняет Гебауэр.

 

Опыты с использованием трехмерной оптической конфокальной микроскопии и сканирования электронной микроскопией показали, что алюминиевые пластины, обработанные пульсирующим лазером, обладали более гладкими линейными структурами в углублениях на своей поверхности, в отличие от тех, на которые они воздействовали непрерывным лазерным излучением. Алюминиевые пластины, обработанные инфракрасными лазерами, также продемонстрировали лучшие свойства для сцепления, но они уменьшились при тестах с повышенным уровнем влажности.

Несмотря на успех, Гебауэр сказала, что большая часть работы им еще только предстоит. Им необходимо понять, как оптимизировать предварительную обработку поверхности металла, чтобы сделать этот процесс экономичным для производителей. Сейчас команда собирается изучить, как происходит сжатие вплавленного термопластика при его охлаждении.