[發(fā)明專利]一種基于金屬材料表面著色技術(shù)的著色方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910053111.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN109652786B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國(guó)龍;夏宏軍;李亮;何寧;郝秀清;陳妮;楊吟飛;趙威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/48
• 分類號(hào): C23C16/48;C23C16/52;C23C16/40
• 代理公司: 11569 北京高沃律師事務(wù)所
• 代理人: 程華

1.一種基于金屬材料表面著色技術(shù)的著色裝置，其特征在于，所述著色裝置包括：計(jì)算機(jī)(1)、激光器(2)、擴(kuò)束鏡(3)、X-Y掃描振鏡(4)、聚焦透鏡(5)、激光光斑(6)、噴氣管(7)、噴氣管閥門(8)、工件(9)和工作臺(tái)(10)；

所述計(jì)算機(jī)(1)分別與所述激光器(2)、所述X-Y掃描振鏡(4)和所述工作臺(tái)(10)連接；所述擴(kuò)束鏡(3)設(shè)置在所述激光器(2)的出射光路上；所述X-Y掃描振鏡(4)設(shè)置在所述擴(kuò)束鏡(3)的出射光路上；所述聚焦透鏡(5)設(shè)置在所述X-Y掃描振鏡(4)的出射光路上；所述工件(9)固定在所述工作臺(tái)(10)上；所述噴氣管(7)固定安裝在所述工作臺(tái)(10)的一側(cè)；所述噴氣管閥門(8)設(shè)置在所述噴氣管(7)上；所述激光器(2)產(chǎn)生的激光光束的激光功率小于等于7W；

所述著色裝置工作時(shí)，所述激光器(2)射出的激光光束依次通過所述擴(kuò)束鏡(3)、所述X-Y掃描振鏡(4)以及所述聚焦透鏡(5)后形成所述激光光斑(6)；所述激光光斑(6)聚焦在所述工件(9)表面的待加工區(qū)域材料上；所述噴氣管(7)噴出的氧化劑匯聚于所述激光光斑(6)處；在激光的作用下，所述待加工區(qū)域材料的溫度迅速升高，進(jìn)而與所述氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，生成相應(yīng)的賦有色彩的氧化層薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的著色裝置，其特征在于，所述激光器(2)為納秒脈沖型激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的著色裝置，其特征在于，所述氧化劑為氧氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的著色裝置，其特征在于，所述待加工區(qū)域材料為金屬材料。

5.一種基于金屬材料表面著色技術(shù)的著色方法，其特征在于，所述著色方法基于權(quán)利要求1所述的著色裝置；所述著色方法包括：

準(zhǔn)備待加工的工件；

對(duì)所述待加工的工件進(jìn)行預(yù)處理，生成處理好的工件，具體包括：

將待加工的工件材料先后用320#-2000#的水砂紙打磨，隨后用1μm粒度的高效金剛石拋光劑拋光，使表面粗糙度Ra≤0.3μm，然后在無水乙醇溶液中超聲清洗10-15min，以去除表面的雜質(zhì)及有機(jī)物污漬，生成處理好的工件；

將所述處理好的工件固定在工作臺(tái)上，打開激光器，調(diào)節(jié)所述激光器鏡頭與所述處理好的工件表面的相對(duì)位置，使激光光斑聚焦在所述處理好的工件表面的待加工區(qū)域材料上；

打開噴氣管閥門，設(shè)定激光參數(shù)和噴氣管的氣體流量；所述噴氣管固定安裝在所述工作臺(tái)的一側(cè)，所述噴氣管與所述激光光斑的相對(duì)位置保持不變；所述噴氣管閥門固接在所述噴氣管上；通過控制噴氣管閥門的旋轉(zhuǎn)方向來調(diào)節(jié)噴氣管噴出的氣體流量的大小；

所述打開噴氣管閥門，設(shè)定激光參數(shù)和噴氣管的氣體流量，具體包括：

打開噴氣管閥門，通過調(diào)節(jié)所述噴氣管閥門來調(diào)節(jié)所述噴氣管的氣體流量至預(yù)設(shè)流量；所述預(yù)設(shè)流量為5L/min；

通過計(jì)算機(jī)設(shè)定激光參數(shù)；所述激光參數(shù)包括激光器發(fā)出激光光束的激光功率、光斑直徑、掃描速度和頻率；其中激光功率不超過7W；光斑直徑為57μm，脈寬為100ns，頻率為20KHz；

通過激光器發(fā)出的激光光束加熱所述待加工區(qū)域材料，并通以輔助性氧化氣體作為氧化劑，利用激光產(chǎn)生的瞬間高溫使所述待加工區(qū)域材料與所述氧化劑發(fā)生快速可控的氧化反應(yīng)，使待加工的工件表面產(chǎn)生不同顏色的氧化層薄膜。