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金属激光彩色打标技术研究

赵宏亮  
【摘要】: 金属上激光彩色打标由于工艺特殊,并受到材料的适用性和激光器性能要求的限制没有得到广泛的应用,但是它有巨大的潜力市场。为了探究金属上激光彩色打标的本质,本论文对激光在不锈钢和钛上彩色打标的机理和打标后表面颜色的呈色机理进行研究。 首先对彩色打标系统在正负离焦位置的光斑大小进行评价,然后介绍了采用扫描区域的工艺方法来实现彩色打标。研究了激光功率密度、扫描中点的搭接率、扫描中行的搭接率等影响激光能量输入方式,分析了激光能量输入方式对扫描后产生不同结果影响,分析了金属上激光彩色打标机理。激光在金属上的彩色打标机理是指控制激光能量的输入方式,并采用扫描区域的方法在金属表面氧化或氮化出光学薄膜。 在工程实现方面,单彩打标采用封闭区域扫描的方法来实现。多彩打标采用组合单彩区域的方法来实现。 此外,本文研究了打标后表面颜色的呈色机理。采用X-Ray Diffraction(XRD)分析激光扫描后生成的薄膜,得到的结果是不锈钢上薄膜中含有铁的氧化物和氮化物,钛上薄膜中含有钛的氧化物和氮化物,不同颜色薄膜具有不同的物质组成。采用Scanning Electronic Microscope(SEM)分析了不同颜色薄膜样件上横截面的形貌,观察到不锈钢或钛的表面上所生成薄膜的厚度大约为几百纳米,并且观察到在钛的氧化膜和钛基底的中间生成了微米大小的孔穴。通过对于不锈钢和钛上薄膜等结构的认识,采用薄膜干涉来解释表面颜色的呈色机理,并通过计算理想条件下单层介质膜的反射率,来反映表面生成的薄膜是影响表面呈色的光学覆层。


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