作者：英國SPI激光有限公司中國代表處

眾所周知，不銹鋼是當(dāng)今世界用途最廣泛的工程材料，它可以應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。從消費(fèi)品到炊具，從手術(shù)器械到屋頂，不銹鋼都是制作各種材料的首選。不銹鋼有150多個(gè)等級(jí)，其表面光潔度的差異更是讓人眼花繚亂，相信這其中總有一種能滿足用戶的需求。與不銹鋼材料的廣泛應(yīng)用相對(duì)應(yīng)，光纖激光器是用途最廣泛的工業(yè)打標(biāo)工具，兩者相結(jié)合能讓用戶獲得意想不到的滿意效果。

許多不銹鋼商品和零部件都需要印上標(biāo)識(shí)。無論這些標(biāo)識(shí)是表示生產(chǎn)日期的簡單字母和數(shù)字，還是更精細(xì)的條形碼或二維碼，光纖激光器都能完成打標(biāo)工作。無論這些標(biāo)識(shí)是單行線、輪廓線、還是填充字體——無論用戶有什么要求，只要用戶能在圖紙上將這些要求表示出來，光纖激光器都可以把它們復(fù)制到金屬材料上。有些標(biāo)識(shí)很精細(xì)，例如通常在各類工具或者儀器上用作刻度的功能性標(biāo)識(shí)。另外，光纖激光器還能在一些金屬制成的裝飾品上實(shí)現(xiàn)精美的打標(biāo)。

SPI光纖激光器的體積只有普通的鞋盒子大小，卻可以提供10~40mW聚焦的納秒脈沖，在打標(biāo)時(shí)能在材料不受到熱影響的情況下改變材料表面的顏色，形成永久性標(biāo)識(shí)。與光學(xué)掃描振鏡結(jié)合使用，SPI的光纖激光器能夠打出任何圖案，使之成為應(yīng)用廣泛的打標(biāo)工具。

不銹鋼的物理化學(xué)性質(zhì)和它對(duì)激光的反應(yīng)決定著最終的打標(biāo)效果。根據(jù)入射光的特征和不銹鋼的等級(jí)不同，最終實(shí)現(xiàn)的視覺效果可能完全不同。

足夠脈沖能量的激光會(huì)使金屬表面局部熔化，熔化部分會(huì)產(chǎn)生一系列的凹坑并與環(huán)境中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而變成深色標(biāo)記，并能觸摸到輪廓，有凹凸感。隨著脈沖能量的提高，一些材料被汽化，且在凹穴熔化處產(chǎn)生氣壓而導(dǎo)致飛濺效果，大大提高了標(biāo)記的視覺質(zhì)量。來回反復(fù)多次打標(biāo)后也可得到雕刻效果。圖1為汽車零部件的雕刻打標(biāo)效果。

圖1：汽車零部件的雕刻打標(biāo)效果。

如果選用較低的能量密度和較長的加工時(shí)間，則會(huì)獲得完全不同的效果：在金屬不熔化的情況下，也可以產(chǎn)生深黑色標(biāo)記，這在工業(yè)上通常被稱為退火打標(biāo)（盡管冶金專家并不承認(rèn)這個(gè)名稱）。其實(shí)，這更應(yīng)該被稱為黑色氧化打標(biāo)，它的對(duì)比度非常高，但是并不會(huì)對(duì)材料表面的粗糙度或者紋理產(chǎn)生影響。在消費(fèi)品領(lǐng)域，這類標(biāo)記被廣泛應(yīng)用。

不過，人們更感興趣的或許是激光打標(biāo)在手術(shù)器械上的應(yīng)用。手術(shù)器械對(duì)標(biāo)記質(zhì)量的要求最為嚴(yán)格，因?yàn)樗�必須保證經(jīng)過多次殺菌處理后，沒有質(zhì)量上的降低或者局部生銹。這是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要非常小心的控制脈沖條件和熱量的輸入。光纖激光器脈沖的靈活性和可控性，使其成為該類應(yīng)用的理性加工工具。圖2是用光纖激光器在手術(shù)剪刀和酒瓶上實(shí)現(xiàn)的黑色打標(biāo)效果。

圖2：用光纖激光器在手術(shù)剪刀和酒瓶上實(shí)現(xiàn)的黑色打標(biāo)效果。

 光纖激光器可以打出黑色的標(biāo)識(shí)，那么它是否能夠打出白色標(biāo)識(shí)呢？答案是可以的，光纖激光器也可以在不銹鋼上打出純白標(biāo)識(shí)，而且同樣是通過控制激光的能量來實(shí)現(xiàn)的。用作生成網(wǎng)格點(diǎn)的激光，脈沖短，能量低，使得不銹鋼表面僅僅能夠產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)的熔化，而在任何有害的大氣氧化發(fā)生之前已經(jīng)固化。這樣便能產(chǎn)生牢固的白色標(biāo)識(shí)，由于這種標(biāo)識(shí)較為美觀，因此經(jīng)常被用在各類消費(fèi)品上，如相機(jī)和手機(jī)等。除此之外，這類標(biāo)識(shí)會(huì)對(duì)材料的物理性能有顯著的影響，例如會(huì)影響材料的潤濕特征。使用光纖激光器改變材料表面的特性，也是目前研究和開發(fā)的一大熱點(diǎn)。圖3給出了SM脈沖的掃描電子顯微鏡圖像。

圖3：SM脈沖的掃描電子顯微鏡圖像。

通過改變點(diǎn)的分布密度，或者改變所有單個(gè)點(diǎn)的能量密度也可以實(shí)現(xiàn)灰度打標(biāo)效果，其中前者是傳統(tǒng)打印技術(shù)中比較常用的方法。

但是世界并不是黑白的，激光器是否能夠打出彩色的標(biāo)記呢？完全可以，在不用任何色素或者添加劑的情況下，僅僅靠改變光的能量，就可以利用激光器在不銹鋼表面打出彩色的標(biāo)識(shí)。這種打標(biāo)的原理是在不銹鋼的局部表面生成一層厚度受到精確控制的氧化膜。由于衍射效應(yīng)，不同厚度的氧化膜便可以呈現(xiàn)出不同的顏色。但是，目前該項(xiàng)技術(shù)還只是能在科研中實(shí)現(xiàn)，并未形成廣闊的市場和工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)槠浼庸に俣群苈�，而且其色調(diào)很難復(fù)制或者與國際色卡相匹配。但是它的確是極具視覺沖擊力的標(biāo)識(shí)，并且是激光光源穩(wěn)定性和通用性的一個(gè)很好例證。圖4是用伊萊克斯公司提供用激光達(dá)標(biāo) 實(shí)現(xiàn)的彩色圖形。

圖4：又伊萊克斯公司提供的的彩色激光打標(biāo)圖片。

在拉絲表面的不銹鋼上進(jìn)行拋光處理，是一項(xiàng)更為復(fù)雜的加工工序，也是最具有說服力的一個(gè)例證。重復(fù)率高達(dá)1MHz的低能量超短脈沖激光，能夠使拉絲不銹鋼的粗糙表面引起局部熔化，這種再熔化正好有效地對(duì)材料進(jìn)行了拋光，使其重新具有了反光的外觀。 

因此光纖激光器和不銹鋼的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)許多不同的效果，希望本文能對(duì)您的打標(biāo)或表面處理應(yīng)用有所幫助。