本發(fā)明涉及激光打標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

激光產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)推動(dòng)了光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院測(cè)算，2014年國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模在1300億元左右。到2016年近期目標(biāo)時(shí)，激光光產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值預(yù)計(jì)超4000億元，增加值上千億元。激光產(chǎn)業(yè)園已建的和正在興建的已超過(guò)16個(gè)。我國(guó)目前激光企業(yè)有3000家以上。激光產(chǎn)業(yè)正處于高速增長(zhǎng)期。

激光打標(biāo)是利用激光的熱效應(yīng)燒蝕掉物體表面材料從而留下永久標(biāo)記的技術(shù)。與傳統(tǒng)的電化學(xué)、機(jī)械等標(biāo)記方法相比具有無(wú)污染、高速度、高質(zhì)量、靈活性大、不接觸工作等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，激光打標(biāo)已經(jīng)在很多領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的打標(biāo)方式而成為常規(guī)的加工方式，甚至形成新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。激光打標(biāo)機(jī)是綜合了激光、光學(xué)、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備。它主要由激光器、光學(xué)系統(tǒng)和控制器組成，其中控制器是核心部件。控制器經(jīng)歷了硬件數(shù)控（nc）和計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）兩個(gè)發(fā)展階段，90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，性價(jià)比不斷提高，基于計(jì)算機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)已成為控制系統(tǒng)發(fā)展的主流。

激光器用于打標(biāo)應(yīng)用已經(jīng)被工業(yè)各部門(mén)廣泛接受，由此對(duì)激光彩色打標(biāo)技術(shù)提出了更高的要求。英國(guó)國(guó)際鎳公司的一個(gè)研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了的inco法，這種方法的要點(diǎn)是將不銹鋼放在強(qiáng)氧化性浴中加熱，使其表面形成有一定厚度的氧化膜，膜的上下兩個(gè)表面所反射的光發(fā)生干涉，使之具有彩色效果，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，膜的厚度逐漸增加，就會(huì)顯示不同的顏色。但這種方法的缺點(diǎn)是只能產(chǎn)生一種顏色的圖案，即使使用了色素添加劑，也不可能產(chǎn)生不同的色彩，因而最終的效果通常保持單色?，F(xiàn)有彩色打標(biāo)方法基于這種化學(xué)方法發(fā)展而來(lái)，在待標(biāo)記物的表層材料上施加激光束，控制激光束能量和脈沖參數(shù)，從而產(chǎn)生不同厚度的氧化膜，當(dāng)厚度與某種色彩的波長(zhǎng)相應(yīng)時(shí)，由薄膜干涉可得到這種色彩的彩色效果。但現(xiàn)有彩色打標(biāo)方法僅僅適合于制造出包含2～3種色塊的圖案，當(dāng)待標(biāo)記圖案由更多顏色或高分辨率的色點(diǎn)組成時(shí)，因?yàn)殡y以控制激光束的持續(xù)變換而無(wú)法完成。因此實(shí)際上現(xiàn)有技術(shù)只能打出“多色”，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)“真彩色”效果。而且現(xiàn)有技術(shù)也無(wú)法控制色彩深淺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，它具有色彩純正，且不會(huì)影響基材的性能，提高了打標(biāo)效率，降低了打標(biāo)成本。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

（1）在不銹鋼表面形成金屬氧化膜；

（2）在金屬氧化膜上涂覆變色涂料，得到變色層；

（3）利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記。

金屬膜的厚度也是影響顏色波長(zhǎng)值，膜厚的增加也對(duì)應(yīng)著顏色波長(zhǎng)值的增加。為了使激光能夠融透金屬膜層，優(yōu)選的，所述金屬氧化膜的厚度為100~500nm。為了便于激光對(duì)其融透，使得在晶片表面上形成的標(biāo)記線條清晰，優(yōu)選的，所述的金屬膜層被制成250~350nm厚度。

作為優(yōu)選，所述金屬氧化物膜層的材料包括氧化鉻、氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化錫中的至少一種。與它們的金屬單質(zhì)相似，金屬氧化物在被激光融化過(guò)程中所釋放出的潛熱也較高，易于在不銹鋼表面燒蝕出具有立體感的標(biāo)記。

本發(fā)明對(duì)金屬氧化膜的制備方法沒(méi)有特殊的要求，只要能夠在不銹鋼表面形成金屬氧化膜即可，可以為所述領(lǐng)域技術(shù)人員所知，例如，所述金屬氧化膜的制備方法可以為磁控濺射法、多弧離子鍍、電子束蒸發(fā)法、溶膠凝膠法、等離子加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積中的至少一種。所述磁控濺射法制備金屬氧化膜的方法為：

(1)依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗；

(2)將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；

(3)將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟金屬靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積金屬氧化物獲得金屬氧化物層，沉積時(shí)間10min。

此外，采用多弧離子鍍、電子束蒸發(fā)法、溶膠凝膠法、等離子加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積等方法制備金屬氧化物也均為現(xiàn)有技術(shù)，其具體的制備步驟本發(fā)明不再贅述。

為了豐富打標(biāo)后標(biāo)記的色彩，本發(fā)明采用金屬氧化物和變色涂料復(fù)合，在不銹鋼表面形成氧化物膜層后，再在氧化物膜層的表面涂覆變色涂料，優(yōu)選的，所述變色涂料包括有機(jī)光致變色化合物、樹(shù)脂和有機(jī)溶劑。

有機(jī)光致變色化合物是指受到一定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物由于結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致其吸收光譜發(fā)生明顯的變化(顏色改變)，而在另一波長(zhǎng)的光照或熱的作用下，又能恢復(fù)到原來(lái)的結(jié)構(gòu)形式的一種化合物。本發(fā)明中，所述有機(jī)光致變色化合物為螺吡喃類化合物、螺噁嗪類化合物、苯并吡喃類化合物、俘精酸酐類化合物、偶氮類化合物、二芳基乙烯類化合物、苯胺衍生物、多環(huán)醌類化合物、紫精類化合物、多環(huán)芳香族化合物中的至少一種。

樹(shù)脂能夠在激光作用下發(fā)生燒蝕，產(chǎn)生立體圖案，為了減少樹(shù)脂對(duì)光的吸收，優(yōu)選的，本發(fā)明采用無(wú)色透明的樹(shù)脂，所述樹(shù)脂為聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂中的至少一種。

有機(jī)溶劑是物質(zhì)反應(yīng)的載體，本發(fā)明對(duì)其沒(méi)有特殊的要求，只要能夠與樹(shù)脂具有相容即可，可以為所述領(lǐng)域技術(shù)人員所知，優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、丙酮、三氯甲烷、甲苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氫呋喃和二甲基亞砜中的至少一種。

優(yōu)選的，所述變色層的厚度為500nm~2μm。

在激光打標(biāo)工藝中，打標(biāo)機(jī)的電流、脈沖激光頻率、脈沖寬度、打標(biāo)速度、打標(biāo)次數(shù)是影響打標(biāo)效果的最重要因素。如提高脈沖頻率有利于實(shí)現(xiàn)彩色打標(biāo)，且脈沖重復(fù)頻率值越大，越容易生成明亮度較高的彩色氧化膜層，所述脈沖重復(fù)頻率為0~100khz。但是因?yàn)槭艿阶畲蠹す廨敵龉β实挠绊懀?dāng)脈沖重復(fù)頻率大于60khz時(shí)，輸出單脈沖激光能量較小，改變脈沖重復(fù)頻率已經(jīng)無(wú)實(shí)際意義，優(yōu)選的，所述脈沖重復(fù)頻率為30~60khz。

當(dāng)脈沖寬度越短時(shí)，對(duì)生成的顏色影響也就越大，及微小的脈寬值變化，會(huì)穿線顏色較大的變化，優(yōu)選的，所述脈寬為0.5~2μs。

電流與激光功率呈線性關(guān)系，電流越高，輸出激光功率就越高，優(yōu)選的，所述打標(biāo)機(jī)電流為10~16a，打標(biāo)速度為50mm/s。

本發(fā)明提出一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法,與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于：

1、本發(fā)明采用氧化膜與樹(shù)脂復(fù)合的光致變色因子，具有更加豐富的色彩；

2、本發(fā)明中復(fù)合光致變色因子隨激光能量的變化，顯示出多種不同的顏色，色彩絢麗；

3、利用本方法在不銹鋼表面上所打出的、具有立體感的標(biāo)識(shí)，其壽命長(zhǎng)，標(biāo)識(shí)的耐久性好。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下,根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更,均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鋁靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為300nm的氧化鋁薄膜，沉積時(shí)間10min。

在氧化鋁上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將苯并吡喃類化合物、聚氨酯樹(shù)脂乳液在四氫呋喃n,n-二甲基乙酰胺中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在氧化鋁薄膜上的厚度為500nm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為45khz，脈寬為2μs，打標(biāo)機(jī)電流為12a，打標(biāo)速度為50mm/s。

實(shí)施例2

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鈦靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為250nm的氧化鋁薄膜，沉積時(shí)間8min。

在二氧化鈦上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將螺噁嗪類化合物、有機(jī)硅樹(shù)脂在n,n-二甲基乙酰胺中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在二氧化鈦薄膜上的厚度為1.5μm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為30khz，脈寬為1.5μs，打標(biāo)機(jī)電流為16a，打標(biāo)速度為50mm/s。

實(shí)施例3

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟錫靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為350nm的氧化錫薄膜，沉積時(shí)間12min。

在二氧化錫上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將多環(huán)醌類化合物、聚氨酯樹(shù)脂乳液在二甲基乙酰胺中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在二氧化錫薄膜上的厚度為1μm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為60khz，脈寬為2μs，打標(biāo)機(jī)電流為10a，打標(biāo)速度為50mm/s。

實(shí)施例4

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鋅靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為100nm的氧化鋅薄膜，沉積時(shí)間5min。

在二氧化鋅上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將二芳基乙烯類化合物、有機(jī)硅樹(shù)脂在n-甲基吡咯烷酮中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在二氧化鋅薄膜上的厚度為2μm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為40khz，脈寬為1μs，打標(biāo)機(jī)電流為12a，打標(biāo)速度為50mm/s。

實(shí)施例5

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鈦靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為500nm的氧化鋁薄膜，沉積時(shí)間25min。

在二氧化鈦上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將俘精酸酐類化合物、丙烯酸酯樹(shù)脂在乙酸乙酯中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在二氧化鈦薄膜上的厚度為500nm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為50khz，脈寬為0.5μs，打標(biāo)機(jī)電流為15a，打標(biāo)速度為50mm/s。

對(duì)比例1：

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鋁靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為300nm的氧化鋁薄膜，沉積時(shí)間10min。

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為45khz，脈寬為2μs，打標(biāo)機(jī)電流為12a，打標(biāo)速度為50mm/s。

對(duì)比例2：

一種用于不銹鋼的激光彩色打標(biāo)方法，包括以下步驟：

依次用丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)不銹鋼表面超聲清洗,將超聲清洗后的不銹鋼用吹風(fēng)機(jī)吹干放入多戶離子鍍爐腔內(nèi)支架上，抽真空至8×10^-3pa，通入ar氣，施加-700v負(fù)偏壓引發(fā)輝光放電進(jìn)行ar離子輝光清洗，時(shí)間10min；將不銹鋼偏壓降至-500v，開(kāi)啟鋁靶電流70a，通入o2，在極板表面沉積厚度為300nm的氧化鋁薄膜，沉積時(shí)間10min。

在氧化鋁上涂覆變色涂料，得到變色層，所述變色涂料的制備方法為將苯并吡喃類化合物在四氫呋喃中混合均勻，得到變色涂料，所述變色涂料在氧化鋁薄膜上的厚度為500nm；

利用激光打標(biāo)機(jī)在不銹鋼上需要打標(biāo)的位置處發(fā)射激光，在不銹鋼表面上形成彩色標(biāo)記，其中激光的脈沖重復(fù)頻率為45khz，脈寬為2μs，打標(biāo)機(jī)電流為12a，打標(biāo)速度為50mm/s。

表1為實(shí)施例1~5中的圖標(biāo)隨波長(zhǎng)變化的顏色變化.

表1：