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、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。該過程通過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)域周圍的熱應(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。

無污染表面

皮秒激光創(chuàng)建的標(biāo)記顯示出清潔且無污染的表面。沒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、通過鈍化測(cè)試

美國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)用來說是一個(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、‌長時(shí)間腐蝕測(cè)試后仍清晰可見。‌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“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較低的長期運(yùn)營成本。

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)記必須能夠承受嚴(yán)酷的環(huán)境條件，包括溫度變化和腐蝕性物質(zhì)的暴露。

文章來源：英諾激光

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