TB5钛合金表面的激光打标着色性能及应用研究

目的通过TB5钛合金表面激光着色后不同的颜色表面结构及成分研究,探讨颜色变化的机理,为同类金属着色控制提供参考。方法在钛合金表面使用纳秒激光诱导着色,通过改变激光器参数在材料表面生成不同颜色,使用扫描电镜对不同颜色的表面结构及成分表征,探讨颜色变化的机理,再使用接触角测量仪探讨不同颜色表面润湿性的变化,为其应用奠定基础。结果实验表明,改变激光参数后实验得到蓝、紫、黄色等多种颜色,未着色前的钛合金表面接触角为46.77°,呈亲水性,着色后得到的颜色样本表现为疏水性。结论在TB5钛合金表面通过激光打标着色技术得到了不同颜色样本与处理后金属表面润湿性之间的关系,证明了通过调节激光参数集可同时改变金属的着色效果以及润湿性。

不锈钢的激光着色研究

已知不同的激光参数组合可在不锈钢表面产生同种颜色,为探究参数和颜色之间的确定性关系,选用波长为1064 nm、最大输出功率为20 W的主控振荡器功率放大器(MOPA)光纤激光器进行实验研究,通过分光光度计对彩色样品的色彩、可见光谱进行采集分析,利用扫描电子显微镜对彩色样品的氧化膜厚度和表面形貌进行测量。结果表明,激光扫描速度、激光重复频率和激光功率按比例同时改变,可在不锈钢表面产生极其相似的色彩和氧化膜。该研究对激光彩色打标的实际应用具有较大的指导意义。

皮秒光纤激光器诱导不锈钢表面着色工艺

利用皮秒激光在304不锈钢上进行着色试验研究,分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的周期性表面条纹结构机理,分别研究了扫描线间距、激光功率、扫描速度和离焦量等激光工艺参数对着色效果的影响。结果表明:改变扫描速度、线间距和功率均能对着色效果产生很大影响,最佳速度为90~300 mm/s,最佳线间距为0.003~0.01 mm,功率为30%~70%,并且三者对着色有近似的影响效果;而改变离焦量对着色效果的影响没有线间距、功率和速度三者显著。在此基础上,获得了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫对应较为合理的皮秒光纤激光加工参数。腐蚀性试验表明,未着色试样的腐蚀率是着色试样的3倍。

激光诱导Ti-6Al-4V钛合金表面着色研究

针对目前关于激光着色的呈色机理解释尚未形成统一定论,还存在些模糊的问题,拟进一步研究呈色机理。为此,本文基于Nd∶YAG纳秒激光器在钛合金表面进行激光着色试验,在不同扫描速度下得到了黄色、橙色、蓝色样本;利用构建的空气-氧化膜-钛合金基底的三层结构模型,从反射率及颜色参数两个方面分别对实验样本与理论模型的结果进行了对比,验证了不同颜色的形成是由于干涉作用引起的,而最外层氧化膜的厚度决定了干涉的效果;从着色机理方面对不同颜色样本的着色效果及三维微观形貌进行了分析;对钛合金激光着色加工,具有一定的指导意义。

纳秒激光对金属清洗着色机理及质量的研究

目的分析激光清洗着色工艺对有锈蚀层的304不锈钢着色质量的影响规律,探讨呈色原理,为实现清洗与着色的一次性成形提供理论及工艺支持。方法采用COMSOL Multiphysics建立了激光加工有锈蚀层304不锈钢的有限元模型,分析了过程中温度场的分布和参数对材料烧蚀深度的影响,指导着色参数的选择。调整参数进行实验获得质量较好的着色样本,用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对样本的微观结构及能谱分布进行测量,分析清洗质量、呈色原理。对粗糙度有差异的304不锈钢进行着色试验,分析粗糙度对颜色显示的影响。结果仿真结果表明,温度场的分布与材料的导热系数相关,P=20 W、h=0.01 mm时,v减小,烧蚀深度加深。实验获得的黄、蓝、绿、红4色样本,能量密度最低的蓝色样本中氧的质量分数由19.87%到0%的改变,表明各色样本均已实现清洗,同时能够进行着色,且获得平整的高质量表面。粗糙度高的着色样本,在观测角为90°时依然可以保证样本颜色不失真。结论通过优化参数可以实现清洗与着色的一次性成形。纳秒激光着色304不锈钢,其呈色原理与能量密度相关。对表面粗糙度Ra>1.6μm的304不锈钢着色,可获得不失真的着色样本。

304不锈钢激光偏焦着色质量的研究

基于现有激光着色技术的研究,运用实验分析的方法探究了采用偏焦量的加工方法对304不锈钢着色质量的影响。实验对比分析有、无偏焦两种条件下的着色情况,分别从频率、扫描间距和扫描速度等参数对着色颜色的影响程度、着色后的表面形貌、颜色呈现这三方面进行探究。研究发现有偏焦着色相对无偏焦着色,能够得到更好的着色质量及呈色效果。

激光诱导材料表面着色研究进展

概述了三种激光着色机理:氧化膜干涉着色,以纳秒激光为主要着色方式,具有成本低、工业应用成熟等特点;周期性结构衍射着色,除了传统的超快激光诱导条纹结构着色,近些年发展起来的多光束干涉着色,丰富了周期性结构的种类,又大大提高了着色效率,更加适用于工业应用;等离基元金属纳米结构着色,通过调节纳米结构的间距、纳米结构尺寸等参数,可以对单个纳米结构实现显色控制,因而可以打印出具有纳米尺度像素大小的超高分辨率彩色图案。根据各种着色机理,概述了激光着色在防伪标记、激光隐写、彩色全息图等领域的应用,并提出了激光着色面临的重复性和稳定性的共性问题,提出了下一步的研究方向,包括从理论上对工艺技术进行研究,提高模型与实际效果的一致性,优化工艺方式得到输入和输出的定量关系,提高着色效果和加工效率等。

不锈钢环保抛光和着色工艺开发现状

概括了国内外环保型不锈钢抛光和表面着色工艺技术的现状和发展动态。介绍了一些典型的无铬环保型不锈钢表面化学和电化学抛光以及含铬低温和无铬型着色工艺配方。指出激光表面处理与传统工艺相结合的无铬环保型不锈钢表面处理技术具有广阔的发展前景。

激光工艺参数对钛合金表面着色稳定性的影响

研究了激光工艺参数的波动对钛合金表面着色稳定性的影响,以及不同激光工艺参数下钛合金表面色块的微观形貌和元素组分。在钛合金表面制备了橙、金、蓝、绿、紫等5种颜色的色块,通过重复实验获得各种成色稳定的色块对应的扫描速度、功率和线间距,实现了在20 J/cm^(2)左右的较低激光能量密度下,在钛合金上获得欧几里得距离ΔE^(*)_(ab)<7的稳定颜色。分析了激光工艺参数在等量或等比变化下的成色稳定性,结果表明,在间隔为1μm的线间距扰动下,ΔE^(*)_(ab)值的波动最大,不利于稳定成色。从样本的微观形貌、结构、元素组分等方面分析了不同色块的微观结构和元素组分差异,结果表明,激光作用后,样本表面分别形成了裂纹状、团块状有明显差异的两种微结构,且氧、碳元素含量区别明显。激光诱导钛合金表面着色是激光作用于材料表面形成的热效应导致的材料升温与表面钛氧化物形成共同作用的结果。

超快激光工艺参数对不锈钢表面着色的影响

利用皮秒激光在304不锈钢上进行表面着色试验研究。分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的机理,建立了表面色彩的模型。分别试验研究了扫描线间距、扫描速度和脉冲能量等激光工艺参数对着色效果的影响。研究结果表明,改变线间距、扫描速度和功率均能对着色效果产生显著影响,在扫描速度90~300μm/s,扫描线间距0.001~0.01mm,单脉冲能量60~140mJ/cm^2的参数范围内能得到较好的色彩,而且三者对着色有近似的影响效果。在试验基础上,获得了皮秒激光参数与CIE L*a*b*色彩模型之间的关系。最后对着色后的试样进行了颜色老化对比试验。老化对比试验表明,不同老化时间下的激光着色试样的色差值ΔE均很小,说明各试样颜色接近,耐老化效果较好。

纳秒激光不锈钢着色过程中的热作用及氧化规律

利用纳秒级脉冲激光对304不锈钢表面进行着色试验,建立激光作用于金属表面的热作用模型,利用EDAX分析着色不锈钢表面金属元素质量比变化,探究激光热作用对304不锈钢表面着色效果的影响及不同热作用过程下的金属表面氧化的规律。结果表明:纳秒激光金属彩色着色过程中存在"激光脉冲直接作用过程"和"激光脉冲扩散热作用过程"两个不同机制的热作用过程。在快速加热和快速冷却的"激光脉冲直接作用过程"中不锈钢表面更容易产生Cr氧化物;在以扩散热为主导的"激光脉冲扩散热作用过程"中不锈钢表面更容易产生Fe氧化物。

光斑重叠率对飞秒激光硅材料表面着色的影响

研究了光斑重叠率对飞秒激光硅材料表面着色的影响。实验结果表明:飞秒激光在硅材料表面着色是由于在其表面诱导出了周期纳米条纹结构;在飞秒激光功率一定的情况下,较高和较低的光斑重叠率都不能实现着色;在选定激光功率范围内,光斑重叠率越大,呈现的颜色越丰富,着色效率越高。另外反射率的测量结果表明着色后样品在可见光范围内反射率下降了50%左右。得到了飞秒激光硅材料表面着色的参数窗口,为飞秒激光半导体着色的推广提供了技术参考。

Nd∶YAG纳秒激光诱导304不锈钢表面着色

利用Nd∶YAG纳秒激光器在304不锈钢上进行着色试验,得出了以304不锈钢为基底的黄、蓝、绿、红、紫等颜色基本工艺参数,并定义CIE1976L*a*b*国际色度空间色差(ΔE)为指标,研究了电流、扫描速度、工作台偏焦量等参数对着色稳定性的影响,从而确定了使各颜色稳定的激光工艺参数范围,为激光多彩标刻奠定了良好基础,对同类激光器的激光着色加工有一定的指导意义。

纳秒激光金属表面着色技术机理研究的发展与展望

纳秒激光氧化着色是一种新兴的着色工艺,不需要专门的涂料,具有加工灵活、加工精度高等优点。目前纳秒激光氧化着色的技术已经出现很多年,但尚未在工业应用中得以推广,原因在于从原理上尚不能完全解释激光照射材料时与材料表面的相互作用,着色效果上激光参数与产生的颜色之间的定量关系还不明确,模型与实际效果之间存在差异,同时该工艺在可重复性、稳定性、加工效率等方面还存在些许的问题需要解决。针以钛金属和不锈钢为例,对纳秒激光氧化着色的原理进行了阐述,总结了影响着色效果的因素,并对该技术所存在的问题进行了总结,同时讨论了下一步的研究方向。

建筑

激光着色技术可取代油漆给金属上色；闪光墙；

基于激光诱导304不锈钢表面着色的正交试验分析

近年,不锈钢表面激光诱导着色工艺因其工序简单、加工精度高、易实现自动化、环保等优势成为激光技术重点研究的热点之一。但该工艺仍存在着色颜色饱和度低、颜色复现性差等问题。通过设计全因素试验总结出激光打标机在304不锈钢表面诱导着色的5种主要色系,结合实验样片的微观形貌验证着色机理、分析颜色不均匀的原因。基于全因素试验结果,针对各色系设计正交试验并使用SPSS软件进行多因素方差分析与极差分析,探究工艺参数(激光功率、激光频率、扫描间距、扫描速度)对HSV色彩空间颜色三通道值的影响规律和显著程度,可为激光诱导着色生产加工提供有效参考。