激光清洗轮胎模具表面橡胶层的机理与工艺研究

激光清洗轮胎模具表面橡胶层的机理与工艺研究王泽敏1曾晓雁黄维玲2（华中科技大学1材料学院国家模具重点对清冼后的每一小方块，采用定量金相图像分析系统测出清洁率其中，试样由光学显微镜成像，通过CCD将光信号转化为电信号，最后由图像采集卡及相应的软件完成采样和量化功能，获取数字图像将清冼干净的区域着色，计算着色区域占整个小块的面积百分比，即为清洁率将清冼小块制成单个试样，采用EOLSM-35C型扫描电镜（SEM）进行表面形貌分柝因为橡胶层不导电，在用SEM观察前要作喷金处理采用CARLZELSSENA双管显微镜，用光切法测量橡胶层的厚度3结果与讨论3.1激光工艺参数对清洁率的影响给出了不同激光能量密度下清洁率的变化曲线。由可知，激光能量密度在4.42/cm2以下时，激光对铝片表面的橡胶层无明显作用；当激光能量密度超过4.42/cm2时（6：72/cm2），橡胶层表面开始出现被激光清冼掉的痕迹，但清洁率较低，如⑷所示。因此，可将4.42/cm2定义为起始清冼阈值不断增加激光束能量密度，当其达到25.1/cm2时，实现了橡胶层的完全清冼，清洁率达到100%，而且基材表面完好无损，如（b）所示。可将25.1/cm2定义为完全清冼阈值当激光能量密度进一步增加到29.7/cm2时，尽管实现了完全清冼，但在光学显微镜下观察发现基体表面存在少量熔化烧蚀现象，如（c）所示可将29.7/cm2定义为损伤阈值。可见，理想状态下激光器的能量密度应限制在完全清冼阈3.2激光清洗的机理分析在激光辐照过程中，试样表面处有明显的烟雾火花，散发出橡胶烧焦的气昧由于基材为铝片，表面附着物为橡胶层，它们对同一波长的激光能量的吸收系数差别很大橡胶对激光有较大的吸收系数，而且热导率极低当激光辐照时，激光能量大部分被表面的橡胶层所吸收，温度上升速度很快因此，覆盖在铝片表面的橡胶层瞬间受热燃烧，发生气化挥发，产生火花和异昧激光脉宽在纳秒级时，表面温升为（200ns），因此表面温升只与激光能量密度有关令L表示橡胶层的气化温度，T2表示铝的熔点由于T2>L，为了保证只除去橡胶层而不影响基体，必须要求温升函数Ts满足条件：T为表面温升达到橡胶层气化温度时的激光能量密度；F2为表面温升达到模具片（铝）熔点时所需的激光能量密度当FS左边取等号时，就得到激光的起始清洗阈值F1；当Fs右边取等号时，即为激光清洗的损伤阈值F2完全清洗阈值在F1与F2之间，其大小与橡胶层的厚度有关所以，当能量密度条件满足（2）式时，就可以用激光除去橡胶层而不损伤基体。

　　据，表面热作用深度与激光的脉宽有关：D=it，其中D表示作用深度。由于橡胶的热扩散率较低，采用的激光器脉宽为纳秒级，激光的作用深度只有几微米而用双管显微镜测得橡胶层的实际平均厚度为15.9m如果激光辐照过程中表面物质不损失，热作用就不会影响橡胶深层和基体。但由于橡胶表层瞬间受热燃烧气化，橡胶层厚度减小，使得激光的热作用深度加深所以，激光清洗过程中，橡胶表层在燃烧气化的同时，橡胶深层会由于脉冲激光的快速加热而发生急剧的热振动。而铝片受热较少，产生的热膨胀极小。因此热振动产生的力使橡层有脱离基体的趋势尽管橡胶层的线性膨胀幅度非常小被，但激光作用的时间极短，产生的热冲击力很大，能使部分橡胶块克服基体的表面吸附力，发生飞溅而脱离基体，从而实现清冼在的清洗效果，但花费的时间降为20s从上面的分析可知，激光清洗在工业生产中有着广阔的应用前景。

　　印字模具片的清洗形貌图