纳秒激光对金属清洗着色机理及质量的研究

• 作者: 丁帅帅 刘国东 黎相孟 冯琪渊 仝志宏 程浩田
• 来源期刊: 表面技术
• 关键词: 激光着色 激光清洗 激光烧蚀 表面处理 锈蚀层 温度场分布
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 激光表面改性技术|Laser Surface Modification Technology
• 页码范围: 183-190,197
• 页数: 9页
• 分类号: TG142.71|V261.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.03.016

摘要

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.