RU2287414C1 - Method for laser modification of surface of metal or its alloy - Google Patents
Method for laser modification of surface of metal or its alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287414C1 RU2287414C1 RU2005117013/02A RU2005117013A RU2287414C1 RU 2287414 C1 RU2287414 C1 RU 2287414C1 RU 2005117013/02 A RU2005117013/02 A RU 2005117013/02A RU 2005117013 A RU2005117013 A RU 2005117013A RU 2287414 C1 RU2287414 C1 RU 2287414C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- laser radiation
- color
- alloy
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам изменения цвета металлической поверхности воздействием лазерного излучения, а также нанесения на поверхность изделий из металлов и сплавов алфавитно-цифровой и графической информации. Заявляемый способ может найти применение в различных отраслях промышленности, в том числе в машиностроении, медицинской и рекламной сферах деятельности.The invention relates to methods for changing the color of a metal surface by exposure to laser radiation, as well as applying alphanumeric and graphic information to the surface of metal and alloy products. The inventive method can find application in various industries, including engineering, medical and advertising fields of activity.
Известен способ высококонтрастной маркировки поверхности (см. патент США №6852948, МПК В 23 К 26/00, опубликован 08.02.2005 г.), включающий электростатическое нанесение на металлическую или диэлектрическую поверхность слоя термически активируемого материала, воздействие на нанесенный слой в местах маркировки излучением лазера или диода со средней мощностью менее 20 Вт и с длиной волны, которая соответствует эффективному поглощению материалом слоя падающего излучения.A known method of high-contrast surface marking (see US patent No. 6852948, IPC B 23 K 26/00, published 02/08/2005), including electrostatic deposition of a layer of thermally activated material on a metal or dielectric surface, exposure to the applied layer at the places of radiation marking a laser or diode with an average power of less than 20 W and with a wavelength that corresponds to the effective absorption of the incident radiation layer by the material.
Известный способ технологически достаточно сложен, так как необходимо предварительно наносить термически модифицируемую пленку, что существенно увеличивает время маркировки и создает ограничения топологии наносимого рисунка.The known method is technologically quite complicated, since it is necessary to pre-apply a thermally modified film, which significantly increases the marking time and creates restrictions on the topology of the applied pattern.
Известен способ маркировки анодированного слоя на алюминиевой поверхности (см. патент США №6777098, МПК В 32 В 15/04, опубликован 17.08.2004 г.), включающий воздействие на алюминиевую поверхность проникающим через анодированный слой излучением лазера, в результате воздействия которого поверхность в местах маркировки становится шероховатой и визуально наблюдаемой.A known method of marking the anodized layer on an aluminum surface (see US patent No. 6777098, IPC B 32
Известный способ применим лишь для маркировки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов, к тому же не позволяет получать цветную маркировку поверхности.The known method is applicable only for marking the surface of aluminum or aluminum alloys, moreover, it does not allow to obtain a color marking of the surface.
Известен способ лазерной модификации металлической поверхности (см. Международная заявка № WO 9411146, МПК В 23 К 26/00, опубликована 26.05.1994 г.), совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Известным способом формируют под действием маркирующего лазерного излучения видимый рисунок на поверхности металлического изделия, имеющий отличный от исходной поверхности оттенок (от светлого до темного). Для формировании видимого рисунка на поверхности металлического изделия используют маркирующий пучок лазерного излучения, характеризующийся длительностью моноимпульсов от 15 до 30 нс, создающий на поверхности изделий плотность энергии от 0,1 до 10 Дж/см2 и перемещаемый относительно поверхности изделия. После воздействия лазерным излучением поверхность охлаждается на воздухе.A known method of laser modification of a metal surface (see International application No. WO 9411146, IPC 23 K 26/00, published 05.26.1994), coinciding with the claimed technical solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype. In a known manner, a visible pattern is formed on the surface of a metal product under the action of a marking laser radiation, having a shade different from the original surface (from light to dark). To form a visible pattern on the surface of a metal product, a marking laser beam is used, characterized by a duration of single pulses from 15 to 30 ns, creating an energy density on the surface of the products from 0.1 to 10 J / cm 2 and moving relative to the surface of the product. After exposure to laser radiation, the surface is cooled in air.
Формирование оттенка поверхности изделия под действием лазерного излучения в способе-прототипе достигается следующим образом. Перемещением изделия относительно импульсного лазерного излучения обеспечивают частичное перекрытие следующих друг за другом отпечатков моноимпульсов лазерного излучения. Каждая пара следующих друг за другом моноимпульсов образует область воздействия лазерного излучения на поверхности изделия. При этом область воздействия лазерного излучения, в которой отпечатки моноимпульсов не перекрываются, оказывается контрастирующей по оттенку с исходной поверхностью изделия. Для получения равномерного оттенка поверхности изделия создают равномерное по поверхности расположение областей воздействия перекрывающихся отпечатков моноимпульсов, причем расстояние между такими областями должно составлять не более 100 мкм, а расстояние между центрами перекрывающихся отпечатков моноимпульсов - не более диаметра пучка лазерного излучения, равного 40 мкм. Оттенок поверхности, контрастирующий с исходной поверхностью, определяется количеством перекрытий отпечатков моноимпульсов: более темному оттенку соответствует большее количество перекрытий. Количество перекрытий контролируется относительным смещением отпечатка одного моноимпульса к другому. Физический смысл способа-прототипа заключается в прецизионной модификации под действием лазерного излучения тонкой оксидной пленки (около 1 мкм) поверхности металлического изделия.The formation of a shade of the surface of the product under the action of laser radiation in the prototype method is achieved as follows. Moving the product relative to pulsed laser radiation provides a partial overlap of successive fingerprints of monopulses of laser radiation. Each pair of consecutive monopulses forms a region of the action of laser radiation on the surface of the product. In this case, the area of exposure to laser radiation, in which the prints of monopulses do not overlap, appears to be contrasting in color with the original surface of the product. To obtain a uniform shade of the surface of the product, an arrangement of the areas of influence of overlapping monopulse impressions is created on a surface uniformly, and the distance between such areas should be no more than 100 μm, and the distance between the centers of overlapping monopulse prints should be no more than a diameter of a laser beam of 40 microns. The hue of the surface, contrasting with the original surface, is determined by the number of overlays of the monopulse prints: a darker shade corresponds to a larger number of overlaps. The number of overlaps is controlled by the relative shift of the imprint of one monopulse to another. The physical meaning of the prototype method lies in the precision modification under the action of laser radiation of a thin oxide film (about 1 μm) of the surface of a metal product.
Способ не требует предварительной обработки поверхности изделия. Основным недостатком описанного способа является существенная ограниченность цветовой палитры - только градации от светлого до темного оттенков без изменения цвета. Также следует отметить, что известный способ предполагает такое взаимодействие лазерного излучения с материалом изделия, при котором абляция металла не происходит, что, безусловно, снижает износостойкость наносимого таким способом изображения.The method does not require pre-treatment of the surface of the product. The main disadvantage of the described method is the significant limitation of the color palette - only gradations from light to dark shades without changing color. It should also be noted that the known method involves such an interaction of laser radiation with the material of the product in which metal ablation does not occur, which, of course, reduces the wear resistance of the image applied in this way.
Задачей заявляемого изобретения являлась разработка такого способа модификации поверхности металла или его сплава, который бы обеспечивал получение заданного цвета металлической поверхности или цветного рисунка на металлической поверхности.The objective of the invention was the development of such a method of modifying the surface of a metal or its alloy, which would provide a given color of the metal surface or color pattern on the metal surface.
Поставленная задача решается тем, что в способе лазерной модификации поверхности металла или его сплава, включающем воздействие на модифицируемую поверхность металла или его сплава перемещаемым относительно поверхности излучением лазера и последующее охлаждение поверхности в кислородосодержащей газовой среде, предварительно строят градуировочную кривую зависимости цвета модифицированной поверхности образца заданного металла или его сплава от удельной мощности падающего на поверхность упомянутого излучения при монотонном возрастании упомянутой удельной мощности от величины 10-10 Дж/см3·с до величины, при которой модифицированная поверхность образца приобретает черный цвет, и затем осуществляют последующее воздействие на модифицируемую поверхность данного металла или его сплава при величине удельной мощности лазерного излучения, соответствующей заданному цвету модифицированной поверхности.The problem is solved in that in the method of laser modification of the surface of a metal or its alloy, including exposure to a modified surface of a metal or its alloy with laser radiation moved relative to the surface and subsequent cooling of the surface in an oxygen-containing gas medium, a calibration curve for the color of the modified surface of the sample of a given metal is preliminarily constructed or its alloy from the specific power of the radiation incident on the surface during monotonous Britain said power density on the magnitude of 10 -10 J / cm 3 · s to a value at which the modified surface of the sample assumes a black color, and then carry out the subsequent impact on modifiable surface of the metal or its alloy at a specific value of the laser power corresponding to a predetermined color modified surface.
Перемещение излучения лазера относительно поверхности металла или его сплава можно вести при непрерывном излучении лазера или при импульсном излучении лазера, например, с длительностью импульса от 10 до 100 мкс.The movement of laser radiation relative to the surface of a metal or its alloy can be carried out with continuous laser radiation or with pulsed laser radiation, for example, with a pulse duration of from 10 to 100 μs.
Перемещение излучения лазера относительно поверхности металла или его сплава можно вести со скоростью 1-6000 мм/с.The movement of laser radiation relative to the surface of a metal or its alloy can be carried out at a speed of 1-6000 mm / s.
Перемещение излучения лазера относительно поверхности металла или его сплава можно вести по заданной программе, например, путем построчного сканирования упомянутой поверхности.The movement of laser radiation relative to the surface of a metal or its alloy can be carried out according to a predetermined program, for example, by line-by-line scanning of said surface.
Перемещение излучения лазера относительно поверхности металла или его сплава можно вести при падающей на упомянутую поверхность удельной энергии лазерного излучения 0,01-100 Дж/см2.The movement of laser radiation relative to the surface of the metal or its alloy can be carried out when incident on the surface of the specific energy of the laser radiation of 0.01-100 J / cm 2 .
Модификацию поверхности можно вести при одновременной лазерной абляции металла или его сплава.Surface modification can be carried out with simultaneous laser ablation of a metal or its alloy.
Охлаждение металлической поверхности после воздействия лазерным излучением можно вести в воздушной среде.The cooling of a metal surface after exposure to laser radiation can be carried out in air.
Модификация поверхности представляет собой контролируемое изменение цвета металлической поверхности в области взаимодействия с пучком лазерного излучения. В зависимости от условий взаимодействия цвет может изменяться в шкале: соломенно-желтый, желтый, красный, синий, цвет морской волны, темно-зеленый, черный.Surface modification is a controlled change in the color of a metal surface in the region of interaction with a laser beam. Depending on the conditions of interaction, the color may change on a scale: straw yellow, yellow, red, blue, aquamarine, dark green, black.
Физическая сущность заявляемого способа заключается в прецизионном прогреве металлической поверхности до определенной температуры (зависящей от заданного цвета модифицированной поверхности) в области воздействия лазерным излучением и последующем охлаждении поверхности в кислородосодержащей газовой среде. Степень нагрева материала определяется величиной удельной мощности падающего излучения и термодинамическими свойствами материала. После окончания нагрева металлической поверхности лазерным излучением происходит диссипация тепла и охлаждение поверхности изделия в окружающей атмосфере. Охлаждение поверхности изделия сопровождается химическими реакциями окисления поверхности в кислородосодержащей (воздушной или специально созданной) атмосфере. В результате этих реакций поверхность изделия, подвергшаяся воздействию лазерного излучения, покрывается оксидной пленкой. Химическая структура оксидной пленки существенно зависит от температуры, с которой началось охлаждение, т.е. от величины удельной энергии воздействующего пучка лазерного излучения. Различия химической структуры, определяющие цвета образующихся оксидных пленок, состоят в количестве и процентном содержании различных оксидов материала изделия (например, для изделия из титана - TiO, Ti2O, TiO2, Ti2О3, для изделия из нержавеющей стали - FeO, Fe2О3, Fe3О4, CrO и т.п.). Поверхность, подвергшаяся воздействию лазерного излучения, таким образом, покрывается оксидными пленками, за счет чего приобретает цвет, отличающийся от цвета исходной поверхности (так называемые "цвета побежалости").The physical essence of the proposed method consists in the precision heating of a metal surface to a certain temperature (depending on the given color of the modified surface) in the area of exposure to laser radiation and subsequent cooling of the surface in an oxygen-containing gas medium. The degree of heating of the material is determined by the specific power of the incident radiation and the thermodynamic properties of the material. After heating of the metal surface with laser radiation ends, heat dissipation and cooling of the surface of the product in the surrounding atmosphere occurs. The cooling of the surface of the product is accompanied by chemical reactions of surface oxidation in an oxygen-containing (air or specially created) atmosphere. As a result of these reactions, the surface of the product exposed to laser radiation is coated with an oxide film. The chemical structure of the oxide film substantially depends on the temperature at which cooling began, i.e. on the specific energy of the acting laser beam. Differences in the chemical structure that determine the color of the formed oxide films consist in the amount and percentage of various oxides of the material of the product (for example, for a titanium product — TiO, Ti 2 O, TiO 2 , Ti 2 O 3 , for a stainless steel product — FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CrO, etc.). The surface exposed to the laser radiation is thus coated with oxide films, thereby acquiring a color different from the color of the original surface (the so-called “tint colors”).
Существенно, что одному количеству удельной мощности, поглощенной материалом, соответствует одинаковый нагрев и, соответственно, образование одинаковых по цвету оксидных пленок на поверхности изделия. Значения удельной мощности, при которых возможно образование таких оксидных пленок на поверхности металлического изделия, могут быть созданы как импульсным, так и непрерывным лазерным излучением. Величина удельной мощности зависит от энергии пучка лазерного излучения, от продолжительности воздействия на поверхность изделия и размера области воздействия. В заявляемом способе уменьшением или увеличением удельной мощности контролируется образование оксидных пленок и тем самым контролируется цвет модифицированной таким образом поверхности. Обычно устройство лазерных установок позволяет варьировать энергию пучка лазерного излучения за счет изменения энергии накачки лазера и/или частоты следования моноимпульсов, а также продолжительности воздействия на поверхность изделия за счет изменения скорости сканирования.It is significant that the same heating and, correspondingly, the formation of oxide films of the same color on the surface of the product corresponds to one amount of specific power absorbed by the material. The values of specific power at which the formation of such oxide films on the surface of a metal product is possible can be created by both pulsed and continuous laser radiation. The magnitude of the specific power depends on the energy of the laser beam, on the duration of exposure to the surface of the product and the size of the exposure area. In the inventive method, by decreasing or increasing the specific power, the formation of oxide films is controlled, and thereby the color of the surface thus modified is controlled. Typically, the device of laser systems allows you to vary the energy of the laser beam due to changes in the laser pump energy and / or the repetition rate of single pulses, as well as the duration of exposure to the surface of the product due to changes in scanning speed.
Вместе с тем, на процесс нагрева металлической поверхности и на процесс ее охлаждения значительное влияние оказывают еще ряд параметров металлической поверхности, таких как коэффициент поглощения лазерного излучения, качество механической обработки поверхности и другие. Поэтому для обеспечения модификации поверхности данного металла или его сплава с образованием определенного цвета предварительно строят градуировочную кривую зависимости цвета модифицированной поверхности образца заданного металла или его сплава от удельной мощности падающего на поверхность лазерного излучения для определения последующих режимов работы лазера, при которых происходит модификация поверхности данного изделия с образованием именно того или иного цвета. При построении градуировочной кривой удельную мощность лазерного излучения монотонно увеличивают от величины 10-10 Дж/см2·с до величины, при которой модифицированная поверхность приобретает черный цвет. Затем последующее воздействие лазерным излучением на поверхность данного металла или его сплава производят, руководствуясь полученной градуировочной кривой, выбирая режим работы лазера, соответствующий величине удельной мощности, при которой происходит модификация поверхности с образованием желаемого цвета.At the same time, a number of parameters of the metal surface, such as the absorption coefficient of laser radiation, the quality of the machining of the surface, and others, have a significant influence on the process of heating a metal surface and its cooling process. Therefore, to ensure the surface modification of a given metal or its alloy with the formation of a certain color, a calibration curve is preliminarily constructed for the color of the modified surface of a sample of a given metal or its alloy as a function of the specific power of the laser radiation incident on the surface to determine subsequent laser operating conditions under which the surface of the given product is modified with the formation of a particular color. When constructing the calibration curve, the specific power of the laser radiation is monotonically increased from 10-10 J / cm 2 · s to the value at which the modified surface becomes black. Then, subsequent exposure to the surface of a given metal or its alloy by laser radiation is carried out, guided by the obtained calibration curve, choosing a laser operating mode corresponding to the specific power value at which the surface is modified to form the desired color.
Заявляемый способ модификации поверхности металла или его сплава поясняется иллюстрациями, гдеThe inventive method of modifying the surface of a metal or its alloy is illustrated by illustrations, where
на фиг.1 приведены результаты воздействия импульсного лазерного излучения на пластину из нержавеющей стали марки 12Х18Н 10Т (таблица 1);figure 1 shows the results of exposure to pulsed laser radiation on a plate of stainless steel grade 12X18H 10T (table 1);
на фиг.2 приведены результаты воздействия непрерывного лазерного излучения (длина волны 1,064 мкм) на титановый брусок (таблица 2);figure 2 shows the results of exposure to continuous laser radiation (wavelength 1.064 μm) on a titanium bar (table 2);
на фиг.3 приведено изображение штриховой модификации поверхности пластины из нержавеющей стали, полученной заявляемым способом;figure 3 shows an image of a stroke modification of the surface of a stainless steel plate obtained by the claimed method;
на фиг.4 приведено цветное изображение герба СССР на поверхности пластины из нержавеющей стали, полученного заявляемым способом.figure 4 shows a color image of the coat of arms of the USSR on the surface of a stainless steel plate obtained by the claimed method.
Заявляемый способ модификации поверхности металла или его сплава осуществляют следующим образом.The inventive method of modifying the surface of a metal or its alloy is as follows.
Предварительно для образца металла или сплава, поверхность которого предстоит модифицировать, строят градуировочную кривую зависимости цвета модифицированной поверхности образца заданного металла или его сплава от удельной мощности падающего на поверхность лазерного излучения. Первоначально воздействие на образец осуществляют с наименьшей удельной мощностью лазерного излучения, обычно около 10-10 Дж/см2·с, при которой модификация поверхности не происходит. Затем, продолжая воздействие, обеспечивают монотонное возрастание величины удельной мощности, в том числе до значений, при которых поверхность изделия модифицируется с образованием того или иного цвета. Увеличение значения удельной мощности и воздействие продолжают до модификации поверхности с образованием черного цвета. По полученным данным строят градуировочную кривую зависимости цвета модифицированной поверхности образца данного металла или его сплава от величины удельной мощности. Изменение величины удельной мощности осуществляют, например, вариацией мощности выходного лазерного излучения и скорости перемещения пучка лазерного излучения относительно поверхности изделия. Возможны также и другие способы, например установка фильтров лазерного излучения. Причем величина удельной мощности пропорциональна величине выходной мощности лазерного излучения и обратно пропорциональна скорости перемещения.Previously, for the sample of metal or alloy, the surface of which is to be modified, a calibration curve is constructed for the color dependence of the modified surface of the sample of a given metal or its alloy on the specific power of the laser radiation incident on the surface. Initially, the sample is exposed to the lowest specific power of laser radiation, usually about 10 -10 J / cm 2 · s, at which surface modification does not occur. Then, continuing the impact, they provide a monotonous increase in the value of specific power, including up to values at which the surface of the product is modified to form one or another color. The increase in the specific power value and the effect continue until the surface is modified to black. According to the data obtained, a calibration curve is constructed that shows the dependence of the color of the modified surface of a sample of a given metal or its alloy on the specific power. The change in the magnitude of the specific power is carried out, for example, by varying the power of the output laser radiation and the velocity of the laser beam relative to the surface of the product. Other methods are also possible, such as installing laser filters. Moreover, the magnitude of the specific power is proportional to the output power of the laser radiation and inversely proportional to the speed of movement.
Последующее воздействие лазерным излучением на поверхность данного металла или его сплава производят, руководствуясь полученной градуировочной кривой, выбирая режим работы лазера, соответствующий величине удельной мощности, при которой происходит модификация поверхности с образованием заданного цвета. Для модификации поверхности металла или сплава при помощи лазерного излучателя формируют пучок импульсного излучения с длительностью импульса 10 нс - 100 мкс, предпочтительнее с длительностью импульса 10-100 нс, или пучок непрерывного излучения, который при помощи объектива направляется на поверхность изделия. Для получения наилучшего результата модификации поверхности металла или его сплава предпочтительно использовать лазерный излучатель, в качестве "элемента накачки" которого используется полупроводниковый диод или лазерный излучатель, резонатор которого выполнен на основе оптического волновода (так называемого "оптоволокна"). Перемещение пучка лазерного излучения ведут со скоростью 1-6000 мм/с, преимущественно со скоростью 1-2500 мм/с. Пучок лазерного излучения в зависимости от заданного цвета модифицированной поверхности создает на поверхности изделия плотность энергии от 0,01 до 100 Дж/см2. Модификацию и воздействие лазерного излучения на металлическую поверхность можно производить как по всей площади, так и в соответствии с топологией наносимого рисунка, для чего осуществляется перемещение пучка лазерного излучения относительно поверхности изделия по заданной программе. Например, можно осуществлять построчное сканирование пучком лазерного излучения поверхности металла или сплава.Subsequent exposure to the surface of a given metal or its alloy by laser radiation is carried out, guided by the obtained calibration curve, choosing a laser operation mode corresponding to the specific power value at which the surface is modified to form a given color. To modify the surface of a metal or alloy using a laser emitter, a pulsed radiation beam with a pulse duration of 10 ns - 100 μs, preferably with a pulse duration of 10-100 ns, or a continuous beam, which is sent to the surface of the product with a lens, is formed. To obtain the best result of modifying the surface of a metal or its alloy, it is preferable to use a laser emitter, a semiconductor diode or a laser emitter, the resonator of which is based on an optical waveguide (the so-called "optical fiber"), is used as the "pump element". The movement of the laser beam is carried out at a speed of 1-6000 mm / s, mainly at a speed of 1-2500 mm / s. The beam of laser radiation, depending on the specified color of the modified surface, creates an energy density on the surface of the product from 0.01 to 100 J / cm 2 . Modification and the effect of laser radiation on a metal surface can be performed both over the entire area and in accordance with the topology of the applied pattern, for which the laser beam is moved relative to the surface of the product according to a given program. For example, line-by-line scanning by a laser beam of a metal or alloy surface can be carried out.
Важно отметить, что заявляемый способ в полной мере применим в диапазоне удельных мощностей, при которых происходит абляция металла или его сплава (удаление материала изделия под действием лазерного излучения вследствие нагрева поверхности выше температуры кипения). Абляция металла или его сплава в области воздействия лазерного излучения существенно увеличивает износостойкость наносимого цветного изображения.It is important to note that the claimed method is fully applicable in the range of specific capacities at which the ablation of the metal or its alloy occurs (removal of the product material under the action of laser radiation due to heating of the surface above the boiling point). Ablation of a metal or its alloy in the field of laser radiation significantly increases the wear resistance of the applied color image.
Пример 1. Воздействию импульсного лазерного излучения (длина волны 1,064 мкм, длительность и частота следования моноимпульсов - 50 нс и 53 кГц соответственно) удельной энергии 0,72 Дж/см2 подвергалась пластина из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т толщиной 1 мм и шероховатостью поверхности 20 мкм. Предварительно, используя образец этого материала, была построена градуировочная кривая зависимости цвета модифицированной поверхности образца от удельной мощности падающего на поверхность лазерного излучения. Далее, используя данные градуировочной кривой, была произведена модификация поверхности пластины под действием лазерного излучения соответствующей мощности с последующим охлаждением в воздушной среде. Параметры модификации для получения различных цветов поверхности приведены на фиг.1 (таблица 1). В результате воздействия лазерного излучения на поверхности сформировали ряд рисунков LASER, имеющих разные цвета (см. фиг.3). Изменение величины удельной мощности лазерного излучения достигалось за счет вариации скорости перемещения луча излучения в диапазоне 5-55 мм/сек.Example 1. The action of pulsed laser radiation (wavelength 1.064 μm, the duration and repetition rate of single pulses - 50 ns and 53 kHz, respectively) of a specific energy of 0.72 J / cm 2 was subjected to a plate made of stainless steel grade 12X18H10T with a thickness of 1 mm and a surface roughness of 20 μm . Previously, using a sample of this material, we constructed a calibration curve of the dependence of the color of the modified surface of the sample on the specific power of the laser radiation incident on the surface. Further, using the data of the calibration curve, the surface of the plate was modified under the action of laser radiation of the corresponding power, followed by cooling in air. Modification parameters for obtaining various surface colors are shown in figure 1 (table 1). As a result of the action of laser radiation on the surface, a series of LASER patterns having different colors were formed (see FIG. 3). A change in the specific power of laser radiation was achieved by varying the speed of movement of the radiation beam in the range of 5-55 mm / s.
Пример 2. Воздействию непрерывного лазерного излучения (длина волны 1,064 мкм) подвергался титановый брусок толщиной 10 мм и шероховатостью поверхности 100 мкм. Предварительно, используя образец этого материала, была построена градуировочная кривая зависимости цвета модифицированной поверхности образца от удельной мощности падающего на поверхность лазерного излучения.Example 2. The action of continuous laser radiation (wavelength 1.064 μm) was subjected to a titanium bar with a thickness of 10 mm and a surface roughness of 100 μm. Previously, using a sample of this material, we constructed a calibration curve of the dependence of the color of the modified surface of the sample on the specific power of the laser radiation incident on the surface.
Далее, используя данные градуировочной кривой, была произведена модификация поверхности бруска под действием лазерного излучения соответствующей мощности с последующим охлаждением в кислородной атмосфере. В результате воздействия лазерного излучения и модификации на поверхности сформировался ряд рисунков, имеющих разные цвета. Скорость перемещения лазерного луча относительно поверхности бруска составляла 4 мм/сек. Изменение величины удельной мощности лазерного излучения достигалось за счет вариации удельной энергии лазерного излучения от 0,1 до 50 Дж/см2. Параметры модификации для получения различных цветов поверхности приведены на фиг.2 (таблица 2).Further, using the data of the calibration curve, the surface of the bar was modified under the action of laser radiation of the corresponding power, followed by cooling in an oxygen atmosphere. As a result of exposure to laser radiation and modification, a series of patterns having different colors formed on the surface. The speed of the laser beam relative to the surface of the bar was 4 mm / sec. The change in the specific power of the laser radiation was achieved by varying the specific energy of the laser radiation from 0.1 to 50 J / cm 2 . Modification parameters for obtaining various surface colors are shown in figure 2 (table 2).
Заявляемый способ позволяет получать на поверхности металлических изделий видимые рисунки, состоящие из областей, имеющих различные цвета. Работа в режиме с абляцией металла или его сплава позволяет увеличить износостойкость наносимого изображения или рисунка.The inventive method allows to obtain visible patterns on the surface of metal products, consisting of areas having different colors. Operation in the ablation mode of a metal or its alloy allows to increase the wear resistance of the applied image or pattern.
Результаты применения заявляемого способа лазерной модификации поверхности металла или его сплава были продемонстрированы в ходе международной промышленной выставки "Hannover Messe 2005", проходившей с 11 по 14 апреля 2005 года в г. Ганновер, без раскрытия сути способа. Одно из изображений, выполненных по данному способу на поверхности пластины из нержавеющей стали, представлено на фиг.4.The results of the application of the proposed method for laser modification of the surface of a metal or its alloy were demonstrated during the international industrial exhibition "Hannover Messe 2005", held from April 11 to April 14, 2005 in Hanover, without disclosing the essence of the method. One of the images made by this method on the surface of a stainless steel plate is shown in FIG. 4.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117013/02A RU2287414C1 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Method for laser modification of surface of metal or its alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117013/02A RU2287414C1 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Method for laser modification of surface of metal or its alloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2287414C1 true RU2287414C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37502239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005117013/02A RU2287414C1 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Method for laser modification of surface of metal or its alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2287414C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502153C2 (en) * | 2011-08-22 | 2013-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to modify surfaces of metals or heterogeneous structures of semiconductors |
| WO2016019071A1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | Gentex Corporation | Laser ablation with reduced visual effects |
| RU2615381C1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-04-04 | Владимир Ефимович Рогалин | Method for laser marking of product surface of aluminium or its alloy with oxide outer layer |
| RU2616703C2 (en) * | 2015-08-07 | 2017-04-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of colour marking of metal or its alloy surface with laser pulsed radiation |
| RU2618283C1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-05-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of image application on precious metals products |
| DE102016213023A1 (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Substrate with corrosion protection system |
| US10185198B2 (en) | 2015-06-19 | 2019-01-22 | Gentex Corporation | Second surface laser ablation |
| RU2686973C1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") | Method of producing multilayer modified surface of titanium |
| US10610975B2 (en) | 2014-10-03 | 2020-04-07 | Gentex Corporation | Second surface laser ablation |
| US11009760B2 (en) | 2017-05-05 | 2021-05-18 | Gentex Corporation | Interleaving laser ablation |
| RU2803776C1 (en) * | 2023-04-10 | 2023-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Polystyrene labeling method |
-
2005
- 2005-05-27 RU RU2005117013/02A patent/RU2287414C1/en active
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502153C2 (en) * | 2011-08-22 | 2013-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to modify surfaces of metals or heterogeneous structures of semiconductors |
| WO2016019071A1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | Gentex Corporation | Laser ablation with reduced visual effects |
| US11130195B2 (en) | 2014-07-29 | 2021-09-28 | Gentex Corporation | Laser ablation with reduced visual effects |
| US10610975B2 (en) | 2014-10-03 | 2020-04-07 | Gentex Corporation | Second surface laser ablation |
| US10185198B2 (en) | 2015-06-19 | 2019-01-22 | Gentex Corporation | Second surface laser ablation |
| US11275285B2 (en) | 2015-06-19 | 2022-03-15 | Gentex Corporation | Second surface laser ablation |
| RU2616703C2 (en) * | 2015-08-07 | 2017-04-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of colour marking of metal or its alloy surface with laser pulsed radiation |
| RU2615381C1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-04-04 | Владимир Ефимович Рогалин | Method for laser marking of product surface of aluminium or its alloy with oxide outer layer |
| RU2618283C1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-05-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of image application on precious metals products |
| WO2018010987A1 (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Substrate with anti-corrosion system |
| DE102016213023A1 (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Substrate with corrosion protection system |
| US11009760B2 (en) | 2017-05-05 | 2021-05-18 | Gentex Corporation | Interleaving laser ablation |
| RU2686973C1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") | Method of producing multilayer modified surface of titanium |
| RU2803776C1 (en) * | 2023-04-10 | 2023-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Polystyrene labeling method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2287414C1 (en) | Method for laser modification of surface of metal or its alloy | |
| KR101869435B1 (en) | Method and apparatus for reliably laser marking articles | |
| US5632916A (en) | Laser marking method and a metal surface marked by this method | |
| Jwad et al. | Laser induced single spot oxidation of titanium | |
| US8761216B2 (en) | Method and apparatus for reliably laser marking articles | |
| Serafetinides et al. | Ultra-short pulsed laser ablation of polymers | |
| KR101881621B1 (en) | Method and apparatus for reliably laser marking articles | |
| Odintsova et al. | Investigation of production related impact on the optical properties of color laser marking | |
| KR20140044299A (en) | Method and apparatus for reliably laser marking articles | |
| Scherbak et al. | Contrast image formation based on thermodynamic approach and surface laser oxidation process for optoelectronic read-out system | |
| JP7048513B2 (en) | How to form a mark of the desired color on an article | |
| RU2392100C1 (en) | Method of laser labeling surface of metal or alloy | |
| JPH06212451A (en) | Method for ornamenting metallic surface | |
| Bakhtiyari et al. | Feasibility of artificial neural network on modeling laser-induced colors on stainless steel | |
| Gaidys et al. | Stainless steel colouring using burst and biburst mode ultrafast laser irradiation | |
| RU2357844C2 (en) | Method of coloured image formation on metallic surfaces | |
| DE10234002B4 (en) | Method for marking glass | |
| Lazov et al. | Factors influencing the color laser marking | |
| RU2616703C2 (en) | Method of colour marking of metal or its alloy surface with laser pulsed radiation | |
| Wang et al. | Enhancement of laser-induced surface coloring through laser double-scan method | |
| Hendow et al. | Pulse shape control of a MOPA fiber laser for marking of stainless steel and other materials | |
| TW201208899A (en) | Method and apparatus for reliably laser marking articles | |
| Zhu et al. | Combined effects of nanosecond laser-induced surface oxidation and nanostructure formation for selective colorization of nickel surfaces | |
| Konchus et al. | The formation of contrasting nanofilms on a metal surface for bar coding | |
| JPS6220898A (en) | Method for drawing pattern on valve metal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190201 Effective date: 20190201 |