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01 鋁金屬的激光表面毛化處理

對(duì)于鋁質(zhì)材料來(lái)說(shuō)，其自然氧化層具有吸濕性，且厚度會(huì)隨時(shí)間增大。所以，去除這層粗糙的受污染的氧化層，以暴露下層鋁材，可能足以形成充足的對(duì)比度。另一個(gè)比較復(fù)雜的因素是，下層鋁材的熔融或消融程度會(huì)顯著影響標(biāo)記的外觀。

仔細(xì)調(diào)整激光器的參數(shù)，可以產(chǎn)生更為光亮的表面，以展現(xiàn)出對(duì)比度提高的熔融效果。通 過(guò)使用~1mJ的脈沖能量，可以在鋁材上形成色澤較深、氧化程度高的表面，但是，如果想要獲得低的L*值，同時(shí)又能夠獲得堅(jiān)固的、非易碎型的表面，使得標(biāo)記的外觀不會(huì)隨著觀察角度的變化而改變，則需要對(duì)工藝進(jìn)行仔細(xì)的控制。提高消融水平以形成微粗糙表面，也可以獲得顏色更深、吸收性較高、L*值較大的表面。

從鋁表面去除陽(yáng)極化涂層是一種廣泛使用的技術(shù)，相同的規(guī)則也適用于在基板上應(yīng)用激光——熔融性強(qiáng)便意味著能夠產(chǎn)生更具反射效果的表面。不管是裸鋁材還是陽(yáng)極化鋁材，打標(biāo)速度均達(dá)到1-2m/s的高水平。最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出在特定陽(yáng)極化涂層上的激光打標(biāo)技術(shù)，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(biāo)速度比上述方式要低得多。

02 銅金屬的激光表面毛化處理

對(duì)銅金屬進(jìn)行激光拋光以形成對(duì)比是相對(duì)較為熟知的方法，但是，因?yàn)檫@種金屬與生俱來(lái)具有的高反射率，要獲得深色的標(biāo)記通常會(huì)更具難度。IPG光子公司硅谷技術(shù)中心（SVTC）開(kāi)發(fā)出了這類技術(shù)，可在銅質(zhì)材料表面產(chǎn)生L* 值<30的深色表面。

與拋光前的表面粗糙度對(duì)比，可以看出經(jīng)激光處理表面的粗糙度差異（<1μmRa）。但表面結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，表面區(qū)域得到了極大改善，從而形成了高吸收性表面。

左側(cè)則是激光處理過(guò)的區(qū)域。這些特征與鋁質(zhì)材料上形成的特征相比，要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。所獲得的表面結(jié)構(gòu)支 持了非線性、等離子控制過(guò)程的假設(shè)，而不是傳統(tǒng)的熱去除材料的過(guò)程。進(jìn)一步的相關(guān)證據(jù)是，同樣的激光參數(shù)可用于處理20 μm厚的銅箔，而不會(huì)造成材料變 形，盡管使用的是平均功率為28.5 W的亞納秒激光器。

03 玻璃的激光表面毛化處理或打標(biāo)

出乎意料的是，與用于銅質(zhì)材料幾乎相同的參數(shù)也可應(yīng)用于無(wú)涂層硼硅酸鹽玻璃上下層表面的打標(biāo)。這進(jìn)一步支持了有關(guān)非線性吸收是由于高峰值功率光纖激光器的影響而產(chǎn)生的假說(shuō)。檢查劃片區(qū)，可以看到“龜裂”情況非常有限，裂紋<10μm，表面粗糙度<5μmRa。其中，玻璃表面的反射率可以通過(guò)改變掃描參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)密控制。

討論及總結(jié)

本文探索了如何量化激光打標(biāo)和表面毛化處理，并使用這些技術(shù)對(duì)鋁材進(jìn)行激光打標(biāo)。對(duì)更具挑戰(zhàn)性的銅材和無(wú)涂層玻璃表面進(jìn)行打標(biāo)的技術(shù)表明，未來(lái)還將會(huì)有適用于范圍更廣泛的表面結(jié)構(gòu)的工藝應(yīng)用出現(xiàn)。

銅金屬之間或與其它金屬之間的激光焊接一直是低功率熱傳導(dǎo)焊接領(lǐng)域的一項(xiàng)難題，這是因?yàn)橥瑫r(shí)存在固有的高反射率和擴(kuò)散系數(shù)，以及不一致的原生表面氧化層。事實(shí)表明，這種深色打標(biāo)技術(shù)在焊接銅時(shí)，可以提高一致性。作為正在進(jìn)行的研究的一部分，通過(guò)激光束來(lái)改善和規(guī)范表面吸收性，這些精細(xì)構(gòu)造也可以提高銅或鋁與 其它不同金屬之間的結(jié)合。

在相關(guān)案例中，采用了同樣的亞納秒激光器對(duì)金屬進(jìn)行激光預(yù)處理，以便其隨后可與透射性聚合物粘合在一起。激光清潔表面所具有的優(yōu)勢(shì)，例如因激光預(yù)處理導(dǎo)致的表面積增加以及局部的激光加熱，促使特定金屬-聚合物組合的結(jié)合可輕松達(dá)到基材的強(qiáng)度水平。

審核編輯 黃昊宇