激光清洗輪胎模具表面橡膠層的機(jī)理與工藝研究王澤敏1曾曉雁黃維玲2（華中科技大學(xué)1材料學(xué)院國(guó)家模具重點(diǎn)對(duì)清冼后的每一小方塊，采用定量金相圖像分析系統(tǒng)測(cè)出清潔率其中，試樣由光學(xué)顯微鏡成像，通過(guò)CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后由圖像采集卡及相應(yīng)的軟件完成采樣和量化功能，獲取數(shù)字圖像將清冼干凈的區(qū)域著色，計(jì)算著色區(qū)域占整個(gè)小塊的面積百分比，即為清潔率將清冼小塊制成單個(gè)試樣，采用EOLSM-35C型掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表面形貌分柝因?yàn)橄鹉z層不導(dǎo)電，在用SEM觀察前要作噴金處理采用CARLZELSSENA雙管顯微鏡，用光切法測(cè)量橡膠層的厚度3結(jié)果與討論3.1激光工藝參數(shù)對(duì)清潔率的影響給出了不同激光能量密度下清潔率的變化曲線。由可知，激光能量密度在4.42/cm2以下時(shí)，激光對(duì)鋁片表面的橡膠層無(wú)明顯作用；當(dāng)激光能量密度超過(guò)4.42/cm2時(shí)（6：72/cm2），橡膠層表面開(kāi)始出現(xiàn)被激光清冼掉的痕跡，但清潔率較低，如⑷所示。因此，可將4.42/cm2定義為起始清冼閾值不斷增加激光束能量密度，當(dāng)其達(dá)到25.1/cm2時(shí)，實(shí)現(xiàn)了橡膠層的完全清冼，清潔率達(dá)到100%，而且基材表面完好無(wú)損，如（b）所示?？蓪?5.1/cm2定義為完全清冼閾值當(dāng)激光能量密度進(jìn)一步增加到29.7/cm2時(shí)，盡管實(shí)現(xiàn)了完全清冼，但在光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)基體表面存在少量熔化燒蝕現(xiàn)象，如（c）所示可將29.7/cm2定義為損傷閾值?？梢?jiàn)，理想狀態(tài)下激光器的能量密度應(yīng)限制在完全清冼閾3.2激光清洗的機(jī)理分析在激光輻照過(guò)程中，試樣表面處有明顯的煙霧火花，散發(fā)出橡膠燒焦的氣昧由于基材為鋁片，表面附著物為橡膠層，它們對(duì)同一波長(zhǎng)的激光能量的吸收系數(shù)差別很大橡膠對(duì)激光有較大的吸收系數(shù)，而且熱導(dǎo)率極低當(dāng)激光輻照時(shí)，激光能量大部分被表面的橡膠層所吸收，溫度上升速度很快因此，覆蓋在鋁片表面的橡膠層瞬間受熱燃燒，發(fā)生氣化揮發(fā)，產(chǎn)生火花和異昧激光脈寬在納秒級(jí)時(shí)，表面溫升為（200ns），因此表面溫升只與激光能量密度有關(guān)令L表示橡膠層的氣化溫度，T2表示鋁的熔點(diǎn)由于T2>L，為了保證只除去橡膠層而不影響基體，必須要求溫升函數(shù)Ts滿(mǎn)足條件：T為表面溫升達(dá)到橡膠層氣化溫度時(shí)的激光能量密度；F2為表面溫升達(dá)到模具片（鋁）熔點(diǎn)時(shí)所需的激光能量密度當(dāng)FS左邊取等號(hào)時(shí)，就得到激光的起始清洗閾值F1；當(dāng)Fs右邊取等號(hào)時(shí)，即為激光清洗的損傷閾值F2完全清洗閾值在F1與F2之間，其大小與橡膠層的厚度有關(guān)所以，當(dāng)能量密度條件滿(mǎn)足（2）式時(shí)，就可以用激光除去橡膠層而不損傷基體。

　　據(jù)，表面熱作用深度與激光的脈寬有關(guān)：D=it，其中D表示作用深度。由于橡膠的熱擴(kuò)散率較低，采用的激光器脈寬為納秒級(jí)，激光的作用深度只有幾微米而用雙管顯微鏡測(cè)得橡膠層的實(shí)際平均厚度為15.9m如果激光輻照過(guò)程中表面物質(zhì)不損失，熱作用就不會(huì)影響橡膠深層和基體。但由于橡膠表層瞬間受熱燃燒氣化，橡膠層厚度減小，使得激光的熱作用深度加深所以，激光清洗過(guò)程中，橡膠表層在燃燒氣化的同時(shí)，橡膠深層會(huì)由于脈沖激光的快速加熱而發(fā)生急劇的熱振動(dòng)。而鋁片受熱較少，產(chǎn)生的熱膨脹極小。因此熱振動(dòng)產(chǎn)生的力使橡層有脫離基體的趨勢(shì)盡管橡膠層的線性膨脹幅度非常小被，但激光作用的時(shí)間極短，產(chǎn)生的熱沖擊力很大，能使部分橡膠塊克服基體的表面吸附力，發(fā)生飛濺而脫離基體，從而實(shí)現(xiàn)清冼在的清洗效果，但花費(fèi)的時(shí)間降為20s從上面的分析可知，激光清洗在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　印字模具片的清洗形貌圖