概述

在工業(yè)制造領(lǐng)域，激光標(biāo)記技術(shù)在實(shí)現(xiàn)各種材料的耐用和精確標(biāo)記方面起著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)納秒、皮秒及光纖三種不同激光源在316不銹鋼上的黑色標(biāo)記性能進(jìn)行了比較分析，重點(diǎn)展示了其在鹽霧測(cè)試和掃描電子顯微鏡 (SEM) 分析下的表現(xiàn)。

PART 01 

不銹鋼的激光打標(biāo)需求

一、不銹鋼的特質(zhì)及優(yōu)勢(shì)

不銹鋼（Stainless Steel）是一種合金材料，由鐵、鉻、鎳、碳等金屬元素組成，具有耐空氣、蒸汽、水汽等弱腐蝕介質(zhì)的特質(zhì)。因其擁有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐高溫性、強(qiáng)度高、易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，在許多工業(yè)加工領(lǐng)域有著極為廣泛的用途。

以往提到不銹鋼標(biāo)記，大家可能會(huì)想到成本較低的傳統(tǒng)噴漆或速度較快的沖壓印，但其弊端十分明顯，例如標(biāo)識(shí)磨損脫漆、對(duì)比度不明顯、褪色變色等。

在高標(biāo)準(zhǔn)的精密加工行業(yè)里，這些傳統(tǒng)打標(biāo)方式無(wú)法滿足需求。激光打標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生，完美解決了高規(guī)范要求的打標(biāo)需求。使用超快激光脈沖時(shí)，標(biāo)記具有增強(qiáng)的抗腐蝕性能。這些脈沖的極短持續(xù)時(shí)間最小化了熱影響區(qū) (HAZ)，使表面保留了足夠的游離鉻。剩余的鉻會(huì)形成一層氧化物層，提供抗腐蝕性。在醫(yī)療設(shè)備、航天航空、汽車(chē)、電子消費(fèi)等行業(yè)有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

PART 02

參與的激光源及實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)主要評(píng)估了三種類(lèi)型的激光器：

• FOTIA 激光器（納秒-UV-355nm）
• AMT 激光器（皮秒-IR-1064nm）
• 光纖激光器（納秒-IR-1064nm）

網(wǎng)格測(cè)試方法樣品在不同的點(diǎn)光柵尺寸下進(jìn)行了黑色標(biāo)記，確保了垂直和水平方向上點(diǎn)間距的均勻性。填充間距決定了垂直間距，而水平間距則基于掃描速度除以重復(fù)頻率計(jì)算。

抗腐蝕測(cè)試和鈍化測(cè)試

樣品經(jīng)過(guò)鹽霧測(cè)試和ASTM A967標(biāo)準(zhǔn)鈍化測(cè)試。鹽霧測(cè)試使用BEMCO P700臺(tái)式鹽霧環(huán)境室，使用5%濃度的鹽溶液，在5 PSIG的恒定溫度下進(jìn)行，測(cè)試持續(xù)72小時(shí)，以模擬持續(xù)的高壓、高溫和鹽霧的惡劣環(huán)境。

鈍化測(cè)試嚴(yán)格遵守美國(guó)ASTM A967標(biāo)準(zhǔn)，這是一種不銹鋼零件化學(xué)鈍化處理的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該過(guò)程通過(guò)去除表面的游離鐵形成保護(hù)性氧化層，增強(qiáng)不銹鋼的抗腐蝕性。

PART 03

黑色對(duì)比度標(biāo)記測(cè)試

一、L.a.b值對(duì)比測(cè)試

L.a.b值是一個(gè)顏色空間模型，由三個(gè)參數(shù)組成：

L表示顏色亮度，取值[0-100]對(duì)應(yīng)[純黑--純白]

A表示從綠到紅的顏色軸，取值[-128--+127]對(duì)應(yīng)[綠-紅]

B表示從藍(lán)到黃的顏色軸，取值[-128--+127]對(duì)應(yīng)[藍(lán)-黃]

納秒激光器和超快激光都可以產(chǎn)生高對(duì)比度的黑色標(biāo)記。

L值表示黑度，數(shù)值越小代表越黑，a、b值表示偏紅綠黃藍(lán)的色域，數(shù)值越接近[0]表示越接近于中性。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在激光打黑L.a.b值測(cè)試中，紅外皮秒打黑效果最佳，黑色標(biāo)記生成最黑且顏色最中性，其次是納秒紫外激光，生成了相對(duì)較黑的標(biāo)記，但有一些色彩偏移。光纖激光效果一般，生成了最亮和色彩偏移最大的標(biāo)記，表明其黑度質(zhì)量較低。

PART 04

鹽霧抗腐蝕測(cè)試

美國(guó)AOC應(yīng)用團(tuán)隊(duì)使用環(huán)境室進(jìn)行了鹽霧測(cè)試，以模擬高壓、高濕度和鹽霧的惡劣條件。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)光纖激光和納秒激光標(biāo)記相比，超快激光標(biāo)記表現(xiàn)出優(yōu)越的抗腐蝕性能。

一、激光打黑的SEM分析

為了解皮秒激光在不銹鋼上創(chuàng)建抗腐蝕黑色標(biāo)記的優(yōu)越性能，使用掃描電子顯微鏡 (SEM) 進(jìn)行了詳細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)分析，分析了鹽霧測(cè)試前后的標(biāo)記。

SEM圖像揭示了以下幾個(gè)關(guān)鍵方面，突出了皮秒激光標(biāo)記的優(yōu)勢(shì)：

最小的熱影響區(qū) (HAZ)

SEM圖像顯示與其他激光相比，熱影響區(qū)明顯較小，表明標(biāo)記區(qū)域周?chē)�的熱�?yīng)力最小。這種材料表面結(jié)構(gòu)的保留有助于維持其抗腐蝕性能。

增強(qiáng)的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

精細(xì)且精確的能量傳遞可以更好地保留不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)，使其固有的抗腐蝕性能優(yōu)于納秒激光和光纖激光。

氧化層的形成

皮秒激光的快速能量傳遞導(dǎo)致表面形成薄且均勻的穩(wěn)定氧化層，增強(qiáng)了不銹鋼的抗腐蝕性能。

無(wú)污染表面

皮秒激光創(chuàng)建的標(biāo)記顯示出清潔且無(wú)污染的表面。沒(méi)有熔融材料和碎屑的存在，確保了更穩(wěn)定和耐腐蝕的標(biāo)記。

二、通過(guò)鈍化測(cè)試

美國(guó)AOC應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的不銹鋼超快激光黑色標(biāo)記成功通過(guò)了ASTM A967標(biāo)準(zhǔn)鈍化測(cè)試。

PART 05

性能分析

一、納秒激光器和光纖激光器性能

納秒紫外激光和光纖激光的性能兩種激光系統(tǒng)都在不銹鋼上留下了出色的黑色標(biāo)記。然而，納秒紫外系統(tǒng)提供了比光纖激光更高的L.a.b值，同時(shí)保持了良好的周期時(shí)間平衡。72小時(shí)的鹽霧測(cè)試顯示，納秒紫外激光在材料表面產(chǎn)生的熱影響區(qū)比光纖激光更小，保持了不銹鋼的較高自我保護(hù)特性。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，納秒紫外激光對(duì)于需要適中耐久性和高對(duì)比度的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)可行的選擇。其性能使其適合標(biāo)記任務(wù)，例如一般工業(yè)標(biāo)記和編碼，在這些任務(wù)中偶爾的顏色偏差是可以接受的。這種激光在成本和性能之間取得了平衡，是許多標(biāo)記應(yīng)用中的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。

光纖激光最適合應(yīng)用于高精度要求較低且輕微顏色偏差可以接受的情況。它可以在成本限制較大且標(biāo)記環(huán)境不太苛刻的情況下有效使用。雖然光纖激光為不太苛刻的應(yīng)用提供了成本效益的解決方案，但在要求高耐久性和最小色彩偏差的環(huán)境中，它們可能會(huì)產(chǎn)生更高的維護(hù)成本和更頻繁的返工需求。

二、超快激光器性能

超快激光的性能超快激光在316不銹鋼上實(shí)現(xiàn)持久黑色標(biāo)記方面表現(xiàn)出色。它們表現(xiàn)出最小的表面改變，并且在暴露于惡劣的測(cè)試條件后仍保持完整性。皮秒紅外激光還產(chǎn)生了L.a.b值為17、0.7、1.63的標(biāo)記，表明其黑色標(biāo)記最深且色彩最中性。這是因?yàn)槠っ爰す獯驑?biāo)是通過(guò)生成納米結(jié)構(gòu)不反射光形成黑色效果，‌且能在表面留下充足鉻層，‌保持耐腐蝕性，‌使標(biāo)記在多次、‌長(zhǎng)時(shí)間腐蝕測(cè)試后仍清晰可見(jiàn)。‌標(biāo)記完成后形成精細(xì)、‌周期性均勻的波紋結(jié)構(gòu)，‌通過(guò)“光阱效應(yīng)”呈現(xiàn)啞光黑色。‌這種性能凸顯了超快激光標(biāo)記的高質(zhì)量和耐久性，使其成為需要精確且耐用標(biāo)記的應(yīng)用的理想選擇。

鑒于其卓越的性能和韌性，超快激光非常適合那些要求高質(zhì)量、耐用黑色標(biāo)記的應(yīng)用。這包括航空航天、醫(yī)療設(shè)備和高精密制造等領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域，視覺(jué)質(zhì)量和耐久性至關(guān)重要。盡管超快激光可能涉及較高的初始成本，但由于減少了返工和維護(hù)的需求，它們?cè)谏�產(chǎn)持久且高質(zhì)量標(biāo)記方面的效率可以帶來(lái)較低的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。

PART 06

英諾激光AMT皮秒系列

一、AMT皮秒激光器

英諾激光第三代超快激光器目前涵蓋了紫外到綠光波長(zhǎng)的皮秒激光器以及紫外到紅外的飛秒激光器。該型號(hào)擁有領(lǐng)先的倍頻晶體優(yōu)化工藝、全自動(dòng)晶體換點(diǎn)技術(shù)和光斑補(bǔ)償技術(shù)，先進(jìn)的技術(shù)保證了優(yōu)質(zhì)的光束質(zhì)量，延長(zhǎng)了晶體使用壽命并提高了激光器的穩(wěn)定性。

該系列激光器擁有優(yōu)秀的光束質(zhì)量(M²＜1.1)，像散及對(duì)稱性＜10%，可靠的脈沖和功率穩(wěn)定性，且光斑圓度可定制95%以上。

二、皮秒打標(biāo)應(yīng)用

從上述實(shí)驗(yàn)表明，使用皮秒脈沖激光進(jìn)行不銹鋼的黑色激光打標(biāo)擁有更好的抗腐蝕效果，這種標(biāo)記在高要求的環(huán)境下可以較長(zhǎng)時(shí)間保持清晰的標(biāo)記。更適用于以下的場(chǎng)景：

醫(yī)療領(lǐng)域

醫(yī)療：在手術(shù)器械、植入物和醫(yī)療工具上進(jìn)行永久且可讀的標(biāo)記，用于識(shí)別、追蹤和符合法規(guī)要求，這些標(biāo)記需要能夠承受反復(fù)的消毒過(guò)程。

消費(fèi)電子

標(biāo)記電子組件、印刷電路板和外殼以便于識(shí)別、追蹤和防偽措施。標(biāo)記需要能夠抵抗環(huán)境因素，如濕氣和化學(xué)物質(zhì)。

汽車(chē)制造

標(biāo)記零部件和組件以便于識(shí)別、追蹤和質(zhì)量控制。這包括發(fā)動(dòng)機(jī)部件、緊固件和與安全相關(guān)的部件。

航天航空

標(biāo)記飛機(jī)部件以便于識(shí)別、追蹤和維護(hù)記錄。標(biāo)記必須能夠承受?chē)?yán)酷的環(huán)境條件，包括溫度變化和腐蝕性物質(zhì)的暴露。

文章來(lái)源：英諾激光

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