激光表（biǎo）麵處理與激光打標的聯係
發布者：激光切割加（jiā）工|凱利（lì）特 時間：2019/8/28 21:27:46
激光打標技術是激光加工最（zuì）大的應用（yòng）領域（yù）之一，過去（qù）幾十年間，激光打標產業取得了（le）顯著的發展，這（zhè）個市場最（zuì）重要的（de）變化是推出了低功率脈衝光纖激光器，現在已經發展到幾乎每個供應商都能在其產（chǎn）品供給範圍內提供（gòng）這類光纖激（jī）光打標設備。
這些激光器的波（bō）長（zhǎng）通常屬於1070 nm左右（yòu）的近紅外（NIR）範疇，非常適用於多數金屬產品的打標。鋁、銅及其合金等材料均可采用激光（guāng）打標，但想在低熱條件下在這類金屬上打出肉眼（yǎn）清晰可見（jiàn）的深（shēn）色標記，不同金屬打標（biāo）的難易（yì）也不盡（jìn）相同。
激光表（biǎo）麵處理（lǐ）
在廣泛的工業激光材料加工領域，激光表（biǎo）麵加工這一術語通常被（bèi）用於描述一係列采用連（lián）續波（bō）（CW）、功率為數千瓦的近紅外激光（guāng）源的加工活動。然而，以上工藝與本文所（suǒ）描述的可被視（shì）作為微米和（hé）納米級表麵應用的技術完全不同。采用短脈衝皮秒（10-12）和飛秒（10-15）超快激光（guāng）器的許多（duō）工（gōng）藝已經確定（dìng）。
這些工藝的主要缺點是：即便屬於這（zhè）類激光器門（mén）類中的低功率係列產品（pǐn），它（tā）們的投資與運行成本仍然很高。由於（yú）加工速度通常取（qǔ）決（jué）於激光器的平均功率，對（duì）於大多數工業激光用戶（hù）而（ér）言，實際表麵覆（fù）蓋率條件（jiàn）下的激光加工成本可能太高。
成熟的納秒級脈衝光纖激光器（qì）的脈寬範圍已擴展到亞納秒級（jí），隨之而來的是以數量級增加的峰值功率能力。這使開發出一種采用具成（chéng）本（běn）效益的長皮秒激光源（yuán）的新型激光表麵（miàn）加工工（gōng）藝成為了可能。
雖然這些技術通常被（bèi）稱為激光表（biǎo）麵處理，從機械角度來看，這些工藝與激（jī）光打標（biāo）息息相關，因為它們（men）局限於對部件（jiàn）的表麵處（chù）理，通常需要（yào）結合采用激光消融與熔（róng）融工藝。
激光（guāng）表麵毛化處理與激光（guāng）打（dǎ）標分析
通過一定方式改變激光打標表麵區域，使之與未打標區（qū）域形成視覺上的對照，激光標記具有重要的應用（yòng）。
01鋁金屬的激光表麵毛化處理
對於鋁質材料來說，其自然氧化層（céng）具有吸濕性，且厚度會隨時間（jiān）增大。所以（yǐ），去（qù）除這層粗糙的受汙（wū）染的氧化層，以暴露下層鋁材，可能足（zú）以（yǐ）形成充（chōng）足的對比度。另一（yī）個比較（jiào）複雜的因素是，下層鋁材的熔融或消融程度會顯著（zhe）影（yǐng）響（xiǎng）標記的外觀。
仔（zǎi）細調整激光器的參數，可以產（chǎn）生更為光亮的表麵，以（yǐ）展現出對比度提高的熔融效果。通過使用~1mJ的脈衝能量（liàng），可以（yǐ）在（zài）鋁材上（shàng）形成色澤（zé）較深（shēn）、氧化程度高的表麵，但（dàn）是，如果想要獲得低的（de）L*值，同時又能夠獲得堅固的、非易碎型的表麵，使得（dé）標記的外觀不（bú）會隨著觀察角度的變化而改（gǎi）變，則需要對工藝進（jìn）行仔細的控製。提高消融水平以形成微粗（cū）糙表麵，也可以獲得顏色更深、吸（xī）收性較高、L*值較大的表麵（圖3）。所顯示的表麵尺寸均（jun1）<10μm，表麵粗糙度（Ra）遠低於（yú）<5μm。
從鋁表麵（miàn）去除陽極化塗層是一種廣泛使用的技術，相同的規則也適用於（yú）在基板上應用激光——熔融性強便意味著能夠產生更（gèng）具反射效果的表麵。不管是裸鋁材還是陽極化（huà）鋁材，打（dǎ）標速度均達到1-2m/s的高水平。最近，已經開發出在特定陽極化塗層上的激光打標技術，使用低納秒、亞納秒光纖激光器可以獲得<30的L*值，盡管其打標速度（dù）比上述方（fāng）式要低（dī）得多。
用0.15納秒和1納秒脈衝處（chù）理（lǐ）的0.8mm厚的銅質（zhì）材料的表麵效果
02銅金屬的激光表麵毛（máo）化處理
對銅（tóng）金屬進行激光拋光以形成對（duì）比是相對較（jiào）為熟（shú）知（zhī）的方法，但是，因為這種金屬與生俱（jù）來（lái）具有的高反射率，要獲得深（shēn）色的標記通常會更（gèng）具（jù）難度。
如圖5所示，通過與拋光前的（de）表麵粗糙度對比，可以看出經激光處理表麵的粗糙度差異（<1μmRa）。但表麵結構更為（wéi）複雜，表麵區域得到了極大改（gǎi）善，從而形成了高吸收性表麵。這從圖4可以看出。
用150皮（pí）秒脈衝（chōng）處理的銅金（jīn）屬
最右側部分是未經激光處理的拋光區（qū）域，左側則是激光處理過的（de）區域。這些特征與（yǔ）鋁質材料上形成的特征相比，要小（xiǎo）一個數量級（圖3）。所獲得的表麵結構支（zhī）持（chí）了非線性、等離子控製過程的假設，而不是傳統的熱去除材料的過程。進一（yī）步的相關證據是，同樣的激光參（cān）數可用於（yú）處（chù）理20μm厚的銅箔，而不會造成材料變形，盡管使用的（de）是平均功率為28.5 W的亞納（nà）秒（miǎo）激光器。
03玻璃的激光表麵毛化（huà）處理或打標
出乎意料的是，與用（yòng）於銅質材料幾乎相同的參數，也可應用於無塗（tú）層（céng）硼矽（guī）酸鹽玻璃上下（xià）層表麵的打標。這進一步支持了有關非線性吸收（shōu）是由於高峰值功率光纖激光器的影響而產生的假說。檢查劃片區，可以看到“龜（guī）裂”情況非常有限，裂紋<10μm，表麵粗（cū）糙度<5μmRa。圖6顯（xiǎn）示了低倍鏡下的劃線及非開（kāi）裂狀況。
