CN114178709A - 一种纯钛表面的二维码激光标刻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，包括以下步骤：步骤1、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；步骤2、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；步骤3、将十七氟三氯硅烷与正庚烷混合，制备得到具有超疏水/疏油性能试剂；步骤4、将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果；本发明既实现了二维码区域的防油污和超疏水性，同时对二维码本身的识读性能影响较小；工艺较简单，基本不影响原来工艺下二维码标刻的整个流程，防油污超疏水涂层稳定性好，使用寿命长。

Description

一种纯钛表面的二维码激光标刻方法
技术领域
本发明属于激光标识技术领域，特别涉及一种纯钛表面的二维码激光标刻方法。
背景技术
目前，随着工业物联网的发展，Data Matrix码与直接零件标识技术已广泛运用到航空、航天以及轻工机械零部件产品的标识领域；但标刻二维码的材料在环境中常常由于长期与水接触而被腐蚀以及被油污附着而难以识别；虽然，现有的激光标刻二维码技术已经较为成熟，但尚未有针对防油污超疏水二维码的激光标刻方法。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，以解决现有技术中尚未有针对防油污超疏水二维码的激光标刻方法的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，包括以下步骤：
步骤1、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；
步骤2、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；
步骤3、将十七氟三氯硅烷与正庚烷混合，制备得到具有超疏水/疏油性能试剂；
步骤4、将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果。
进一步的，步骤1中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理之前，还包括对纯钛基材表面进行表面处理操作；
所述表面处理操作，具体如下：
对纯钛基材表面进行打磨处理，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到表面处理后的纯钛基材。
进一步的，步骤1中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为2-5W，填充线间距为0.03-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为30-50KHz。
进一步的，步骤1中，待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为待标刻二维码边长的1.2倍。
进一步的，步骤2中，在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码的过程中，所述激光的功率为8-12W，填充线间距为0.01-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为30-60KHz。
进一步的，步骤2中，采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构。
进一步的，步骤3中，将十七氟三氯硅烷与正庚烷混合，制备得到具有超疏水/疏油性能试剂的过程，具体如下：
将十七氟三氯硅烷与正庚烷按照体积比为(200-400):1的比例混合，并置入密封容器中，进行磁力搅拌，得到所述具有超超疏水/疏油性能试剂。
进一步的，磁力搅拌过程，搅拌温度为35-40℃，搅拌速率为300-400r/min，搅拌时间为4-6h。
进一步的，步骤4中，将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面的过程中，采用每8-10s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置3-5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，通过对纯钛基材表面进行激光预扫描处理，改善了二维码区域的粗糙度，为后期涂覆涂层的粘附性和润湿性做了铺垫；激光预扫描处理后进行二维码黑色模块的激光标刻，增强了黑色模块区域的亲水性，为进一步提升后续涂层的防油污超疏水性奠定了基础，对二维码激光标刻区域进行的透明涂层涂覆和后置处理，既实现了二维码区域的防油污和超疏水性，同时对二维码本身的识读性能影响较小。整个工艺较简单，基本不影响原来工艺下二维码标刻的整个流程，操作方便，防油污超疏水涂层稳定性好，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明所述的纯钛表面的二维码激光标刻方法的流程图；
图2为实施例1中经过激光预扫描处理，并涂抹有超疏水/疏油性能试剂的纯钛基材表面上的水接触角；
图3为实施例1中经过激光预扫描处理，并涂抹有超疏水/疏油性能试剂的纯钛基材表面上的油接触角；
图4为实施例1所述纯钛表面的二维码激光标刻结果中白色模块的水接触角；
图5为实施例1所述纯钛表面的二维码激光标刻结果中黑色模块的水接触角；
图6为实施例1中涂抹超疏水/疏油性能试剂的纯钛基材表面上的油接触角；
图7为实施例1中所述纯钛表面的二维码激光标刻结果中白色模块的油接触角；
图8为实施例1中所述纯钛表面的二维码激光标刻结果中黑色模块的油接触角。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，包括以下步骤：
步骤1、取厚度为0.7-1.0mm的纯钛板件，作为纯钛基材样件；之后对纯钛基材表面进行表面处理，得到表面处理后的纯钛基材；其中，表面处理操作具体如下：
采用砂纸对纯钛基材表面进行打磨处理，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到表面处理后的纯钛基材；其中，超声清洗时间为5-10min；干燥过程，采用将超声清洗后的纯钛基材置于电鼓风干燥箱中，干燥5min以上。
步骤2、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；其中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为2-5W，填充线间距为0.03-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为40-50KHz。待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为待标刻二维码边长的1.2倍；即所述正方形银白色区域的边长为30-50mm。
步骤3、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；其中，所述激光的功率为8-12W，填充线间距为0.01-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为30-60KHz；采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构。
本发明中，依据激光标刻后纯钛试件表面静态接触角的大小，采用正交试验的试验方法，对所述激光的功率、充填线间距、扫描速度机频率进行正交试验，试验环境为大气氛围；经经过正交试验所得，纯钛基材表面静态接触角最小为6°时，则所述激光的功率为10w，填充线间距为0.03mm，扫描速度为200mm/s，频率为45KHz为最优激光工艺参数。
本发明中，激光标刻过程采用光纤激光打标机，光纤激光打标机为浙江圣石激光科技股份有限公司研发的光纤激光打标机，型号为：HSGQ-20W；接触角测量仪为德国dataphysics公司研发生产的接触角测量仪，型号为OCA200。
步骤4、将带有激光标刻的二维码的纯钛基材置于无水乙醇中，进行5～10min的超声波清洗；然后，放入电鼓风干燥箱中干燥5min以上。
步骤5、将十七氟三氯硅烷与正庚烷按照体积比为(200-400):1的比例混合，并置入密封容器中，进行磁力搅拌，得到具有超超疏水/疏油性能试剂；其中，磁力搅拌过程，搅拌温度为35-40℃，搅拌频率为300-400r/min，搅拌时间为4-6h。
本发明中，采用均匀试验得到十七氟三氯硅烷与正庚烷最佳配比；其中，最佳配比为十七氟三氯硅烷：正庚烷＝(200-400):1
步骤6、将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤3中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果；其中，均匀涂覆过程中，采用每8-10s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置3-5min。
实施例1
本实施例1提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，具体包括以下步骤：
步骤1、纯钛基材准备及预处理：
步骤11、取厚度为1mm的纯钛薄板，作为纯钛基材备用；
步骤12、采用砂纸对步骤11中的纯钛基材进行打磨，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中超声清洗5min，去除表面的杂质，为后期激光处理做准备；
步骤13、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；其中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为2W，填充线间距为0.03mm，扫描速度为100mm/s，频率为40KHz；待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为30mm。
步骤2、激光标刻：
步骤21、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；其中，所述激光的功率为8W，填充线间距为0.01mm，扫描速度为100mm/s，频率为30KHz；采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构；
步骤22、将带有激光标刻的二维码的纯钛基材置于无水乙醇中，进行5min的超声波清洗；然后，放入电鼓风干燥箱中干燥5min。
步骤3、制备具有超疏水/疏油性能试剂：
向500mL的烧杯中加入300mL的正庚烷溶液，然后加入1mL的十七氟三氯硅烷，使用保鲜膜封住瓶口，放置在磁力搅拌机上，在38℃温度下，搅拌频率为300r/min，搅拌时间4h，得到具有超疏水/疏油性能试剂。
步骤4、试剂涂抹：
将制备的具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果；其中，涂覆过程具体如下：采用每8s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置3min。
检测结果说明：
本实施例中，利用蓖麻油及自来水分别对所述纯钛表面的二维码激光标刻结果进行水接触角及油接触角进行测量；如附图2-8所示，实验表明经过制备疏水输油性薄膜且经过激光处理的黑色二维码较普通二维码相比静态接触角(水)由原先的18.6°提升至157°，疏水性能提升9.8倍，达到超疏水效果，静态接触角(油)由原先的16.9°提升至134.5°，疏油性能提升7.9倍，疏油效果也明显提高。
实施例2
本实施例2提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，具体包括以下步骤：
步骤1、纯钛基材准备及预处理：
步骤11、取厚度为0.7mm的纯钛薄板，作为纯钛基材备用；
步骤12、采用砂纸对步骤11中的纯钛基材进行打磨，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中超声清洗8min，去除表面的杂质，为后期激光处理做准备；
步骤13、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；其中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为3W，填充线间距为0.05mm，扫描速度为200mm/s，频率为45KHz；待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为40mm。
步骤2、激光标刻：
步骤21、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；其中，所述激光的功率为10W，填充线间距为0.03mm，扫描速度为200mm/s，频率为45KHz；采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构；
步骤22、将带有激光标刻的二维码的纯钛基材置于无水乙醇中，进行8min的超声波清洗；然后，放入电鼓风干燥箱中干燥10min。
步骤3、制备具有超疏水/疏油性能试剂：
向500mL的烧杯中加入300mL的正庚烷溶液，然后加入1mL的十七氟三氯硅烷，使用保鲜膜封住瓶口，放置在磁力搅拌机上，在38℃温度下，搅拌频率为350r/min，搅拌时间5h，得到具有超疏水/疏油性能试剂。
步骤4、试剂涂抹：
将制备的具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果；其中，涂覆过程具体如下：采用每9s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置5min。
激光预处理去掉基材表面的氧化层及其它附着污渍，使钛板表面粗糙度更高，然后使用特定参数的激光进行二维码标刻改变表面微观形貌，使得亲水性增强，分别测量二维码黑白模块表面油及水的静态接触角，发现黑色模块油及水的静态接触角低于白色模块且低于50°，亲水性比较高，然后在二维码表面制备一层超疏水/疏油薄膜，再次测量发现油的静态接触角超过100°达到疏油效果，水的静态接触角超过160°达到超疏水效果。
实施例3
本实施例3提供了一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，具体包括以下步骤：
步骤1、纯钛基材准备及预处理：
步骤11、取厚度为1mm的纯钛薄板，作为纯钛基材备用；
步骤12、采用砂纸对步骤11中的纯钛基材进行打磨，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中超声清洗5min，去除表面的杂质，为后期激光处理做准备；
步骤13、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；其中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为5W，填充线间距为0.05mm，扫描速度为300mm/s，频率为50KHz；待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为50mm。
步骤2、激光标刻：
步骤21、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；其中，所述激光的功率为12W，填充线间距为0.05mm，扫描速度为300mm/s，频率为60KHz；采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构；
步骤22、将带有激光标刻的二维码的纯钛基材置于无水乙醇中，进行10min的超声波清洗；然后，放入电鼓风干燥箱中干燥10min。
步骤3、制备具有超疏水/疏油性能试剂：
向500mL的烧杯中加入400mL的正庚烷溶液，然后加入1mL的十七氟三氯硅烷，使用保鲜膜封住瓶口，放置在磁力搅拌机上，在40℃温度下，搅拌频率为400r/min，搅拌时间6h，得到具有超疏水/疏油性能试剂。
步骤4、试剂涂抹：
将制备的具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果；其中，涂覆过程具体如下：采用每10s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置8min。
本发明所述的纯钛表面的二维码激光标刻方法，通过激光预处理去掉基材表面的氧化层及其它附着污渍，使钛板表面粗糙度更高，然后使用特定参数的激光进行二维码标刻改变表面微观形貌，使得亲水性增强。分别测量二维码黑白模块表面油及水的静态接触角，发现黑色模块油及水的静态接触角低于白色模块且低于60°，亲水性比较高，然后在二维码表面制备一层超疏水/疏油薄膜，再次测量发现油的静态接触角超过90°达到疏油效果，水的静态接触角超过150°达到超疏水效果。疏油疏水效果略低于实例2，可能是激光功率较大，二维码填充线距较宽使得二维码的微观形貌更为粗糙，故此疏水疏油效果略微下降；本发明中，水接触角均已超过150°达到超疏水标准，但油接触角部分未达到150°以上但均在90°以上达到疏油标准。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (9)

1.一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理，得到待标刻二维码的预扫描区域；
步骤2、在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码；
步骤3、将十七氟三氯硅烷与正庚烷混合，制备得到具有超疏水/疏油性能试剂；
步骤4、将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面，即得到所述纯钛表面的二维码激光标刻结果。
2.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤1中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理之前，还包括对纯钛基材表面进行表面处理操作；
所述表面处理操作，具体如下：
对纯钛基材表面进行打磨处理，以使打磨后的纯钛基材表面的粗糙度小于Ra3.2；之后，将打磨后的纯钛基材置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到表面处理后的纯钛基材。
3.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤1中，采用激光对纯钛基材表面进行预扫描处理的过程中，所述激光的功率为2-5W，填充线间距为0.03-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为30-50KHz。
4.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤1中，待标刻二维码的预扫描区域为在纯钛基材表面形成的正方形银白色区域；所述正方形银白色区域的边长为待标刻二维码边长的1.2倍。
5.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤2中，在待标刻二维码的预扫描区域，采用激光标刻出待标刻二维码的过程中，所述激光的功率为8-12W，填充线间距为0.01-0.05mm，扫描速度为100-300mm/s，频率为30-60KHz。
6.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤2中，采用激光标刻出的待标刻二维码为在待标刻二维码的预扫描区域表面呈黑色的二维码结构。
7.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤3中，将十七氟三氯硅烷与正庚烷混合，制备得到具有超疏水/疏油性能试剂的过程，具体如下：
将十七氟三氯硅烷与正庚烷按照体积比为(200-400):1的比例混合，并置入密封容器中，进行磁力搅拌，得到所述具有超超疏水/疏油性能试剂。
8.根据权利要求7所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，磁力搅拌过程，搅拌温度为35-40℃，搅拌速率为300-400r/min，搅拌时间为4-6h。
9.根据权利要求1所述的一种纯钛表面的二维码激光标刻方法，其特征在于，步骤4中，将所述具有超疏水/疏油性能试剂，均匀涂覆在步骤2中激光标刻的二维码表面的过程中，采用每8-10s涂抹一次，重复涂抹操作5-8次，静置3-5min。
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