由橡树岭国家实验室制作
ORNL科学家阿德里安·萨博描述了一种激光干涉结构系统的部件，该系统用于处理铝合金板以防止腐蚀
信用:卡洛斯琼斯/ORNL，美国
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能源之王 对于用于车辆和飞机的材料来说，持久的防腐蚀保护是必不可少的，以确保在极端操作条件下的结构完整性
两种化学预处理工艺广泛应用于工业环境中，为涂层附着力做准备，并保护铝合金表面免受腐蚀
尽管受到严格监管，但这两种工艺都使用了大量已知具有环境和健康风险的有害化合物
美国能源部橡树岭国家实验室的一个多学科科学家团队应用了一种激光干涉结构化技术，这种技术在消除对这些危险化学品的需求方面取得了重大进展
LIS方法的新颖应用程序响应了来自美国
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国防部研究项目，探索军用车辆和飞机系统腐蚀防护的非化学替代品
铬酸盐转化涂层，或CCC，使用六价铬，一种已知的致癌物，来抑制腐蚀
SAA的硫酸阳极氧化使用硫酸，会严重刺激皮肤和眼睛，吸入后会导致永久性肺部损伤
每年有数百万加仑的用过的化学溶液作为危险废物被处理掉
军方运营着12 000多架飞机、10 000辆坦克、数百艘船只以及大量其他车辆和武器系统
国防部拥有并运营数百个制造和维修这些车辆和设备的工业设施，每年花费超过200亿美元用于防腐
该机构的战略环境研究和发展计划(SERDP)是与能源部和环境保护局共同规划和执行的，该计划“专注于开发替代技术，以消除对环境有影响的材料和工艺”，SERDP及其姊妹计划“环境安全技术认证计划”的项目经理Robin Nissan说
“我们的防御系统需要维修和翻新，”他说
“我们的项目正在投资开发替代工艺，以确保稳健的性能、可持续的实践和消除环境风险
" 在三份连续的出版物中，ORNL材料科学家Adrian Sabau和一组化学家和制造科学家描述、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
这项研究的合著者包括ORNL的吉洪俊、迈克·斯蒂芬斯、达纳·麦克卢格、哈里·迈耶三世、多诺万·伦纳德和陈坚
萨博专门从事金属铸造和凝固等材料加工，他和他的团队最近完成了一个在汽车应用中使用LIS进行焊接的项目
当他读到国防部呼吁对非溶剂表面制备进行研究时，萨博认识到类似的技术也可以有效地提高涂层附着力
Adrian Sabau拿着一个涂有底漆的样品，该样品用激光干涉结构化技术进行了预处理，并显示出涂层附着力
信用:卡洛斯琼斯/ORNL，美国
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能源之王 在他们的实验中，他们通过将脉冲纳秒激光的初级光束分成两束，并将其聚焦在样品表面的同一个点上来处理铝合金板
该工艺使表面变得粗糙，具有周期性结构，改变了表面化学和亚表面微观结构
“在激光加工中，你会在顶面上产生大量能量，我们需要了解衬底发生了什么
损坏了吗？会裂开吗？有没有不利于防腐的微观结构效应？”萨博说
物理化学家迈耶和显微镜学家伦纳德对《光学和激光技术》中概述的表征工作做出了贡献
迈耶利用x光电子能谱进行了表面化学分析
迈耶说:“XPS是一种材料表征技术，可以确定固体材料表面——顶部5到8纳米——有哪些元素。”
“在激光加工之前，XPS被用来测定收到的铝合金板材的化学成分，显示出高含量的碳
再次使用XPS来确定激光处理是否清洁了表面
结果显示碳显著减少，这是我们的主要发现之一
XPS和电子显微镜的结果帮助我们了解了天然氧化物是如何通过激光加工而改变的
" 萨博补充道，“在观察地下特征时，我们发现了一个我们偶然遇到的有益方面
在顶层，我们看到富铜沉淀物的溶解，在那里腐蚀可以开始
" 清洁铝合金板后，表面能通常会阻止涂层正确粘附，这是工业表面涂层中的一个已知问题
该团队的下一份出版物《国际粘合和粘合剂杂志》研究了涂层粘合，发现LIS方法提供了粘合力以及行业标准和溶剂密集型CCC和SAA技术
基于这种LIS技术，2021年获得了涂层附着力专利
对于粘附性研究，麦克卢格对材料进行了轮廓测量，这是一种绘制表面轮廓并提供粗糙度测量的技术
涂有底漆的样品显示激光系统的标记
信用:卡洛斯琼斯/ORNL，美国
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能源之王 发表在《腐蚀:科学与工程杂志》上的第三篇论文概述了萨博的团队用美国海军使用的环氧底漆进行的最终测试
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军用飞机机翼和机身
技术人员迈克·斯蒂芬斯完成了精细且耗时的任务，在经过不同处理的合金板上喷涂底漆和面漆，以达到国防部的严格要求
然后，他将样品暴露在2000小时的盐雾中，在多个时期检查耐腐蚀性
Jun领导了腐蚀测试，调查了LIS制备的表面与常规制备的合金基材(有和没有底漆和面漆)的对比情况
“激光干涉处理后的基材显示出更高的耐腐蚀性，”Jun说，他将这一结果归因于富铜沉淀物的溶解
然而，在涂有底漆或底漆和面漆的样品上，LIS的表现不如化学溶剂技术，一些样品在盐雾暴露96小时内出现水泡
然而，这些水泡很小，并在数百小时的暴露中保持稳定
研究小组测试了第二组样品，这些样品在涂底漆之前简单地用丙酮擦拭，结果几乎没有腐蚀，水泡的形成延迟了数百个小时
Jun表示，进一步研究以优化LIS将是值得的
他说:“我们的研究方法结合了实验室规模的电化学测量和工业上采用的ASTM[美国测试材料协会]盐雾测试，非常成功，有助于深入了解激光干扰处理的效果。”
萨博说:“对于在环境温度下进行的无溶剂过程，大多数样品表现非常好。”
“这项技术是朝着涂层非化学强化表面制备的正确方向迈出的一大步
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