[發明專利]一種基于金屬材料表面著色技術的著色方法及裝置

有效

• 申請號: 201910053111.1
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109652786B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 趙國龍;夏宏軍;李亮;何寧;郝秀清;陳妮;楊吟飛;趙威
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C23C16/48
• 分類號: C23C16/48;C23C16/52;C23C16/40
• 代理公司: 11569 北京高沃律師事務所
• 代理人: 程華

本發明公開了一種基于金屬材料表面著色技術的著色方法及裝置，根據待加工材料的可氧化特性，通過低功率激光器加熱待加工區域材料，通以輔助性氧化氣體作為氧化劑，利用低功率的納秒脈沖激光產生的瞬間高溫使待加工區域材料與氧化劑發生快速可控的氧化反應，激光使得材料表面發生可控氧化后，會產生一層透明或半透明的氧化層薄膜，根據光化學作用以及薄膜干涉效應，由于選取不同的激光參數，因此會在加工后材料表面顯出不同的顏色。利用本發明提供的方法及裝置，能夠實現鈦合金等材料表面或者珠寶表面的著色加工，起到保護內部金屬的作用，能夠提高金屬或者珠寶的耐磨損、耐腐蝕性能。

技術領域

本發明涉及先進制造技術領域，特別是涉及一種基于金屬材料表面著色技術的著色方法及裝置。

背景技術

隨著生產生活的日益進步，人們對航空金屬材料以及珠寶材料加工也提出了越來越高的要求。例如，在航空航天材料的制造方面，要求所加工材料表面具有一定的光學性能；在醫療器械領域，對其顏色特性有一定的要求；在珠寶行業等領域，則對材料外觀的裝飾性以及耐磨性、抗腐蝕性提出了一定的要求。因此，在金屬材料表面以及珠寶材料表面制備有色膜層，通過表面著色能夠得到一層賦有色彩的氧化層薄膜，能夠提高航空金屬材料以及珠寶材料表面的耐磨、耐腐蝕等性能。

目前金屬及珠寶材料表面著色主要采用電火花著色技術，主要原理是利用線切割放電形成的電解作用，在金屬材料表面形成一層厚度不同的半透明氧化膜，由于光的干涉作用，所得到氧化膜層的顏色也不同，因此，可以通過控制膜層的厚度來得到想要的顏色。采用電火花著色所得到的金屬材料表面，其耐磨性和耐腐蝕性都很強，用于小批量加工，但其缺點是不能在面積較大及結構復雜的航空工件金屬表面以及珠寶材料表面進行加工，并且電火花加工過程存在裝置比較復雜、電極損耗嚴重、二次放電、加工效率低、著色質量低以及熱影響區大等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于金屬材料表面著色技術的著色方法及裝置，以解決現有電火花著色方法不適用于材料大面積表面著色、著色裝置復雜、電極損耗嚴重、存在二次放電、加工效率低、著色質量低以及熱影響區大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于金屬材料表面著色技術的著色裝置，所述著色裝置包括：計算機(1)、激光器(2)、擴束鏡(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(10)；

所述計算機(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(10)連接；所述擴束鏡(3)設置在所述激光器(2)的出射光路上；所述X-Y掃描振鏡(4)設置在所述擴束鏡(3)的出射光路上；所述聚焦透鏡(5)設置在所述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(10)上；所述噴氣管(7)固定安裝在所述工作臺(10)的一側；所述噴氣管閥門(8)設置在所述噴氣管(7)上；

所述著色裝置工作時，所述激光器(2)射出的激光光束依次通過所述擴束鏡(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，所述待加工區域材料的溫度迅速升高，進而與所述氧化劑發生氧化反應，生成相應的賦有色彩的氧化層薄膜。

可選的，所述激光器(2)為納秒脈沖型激光器。

可選的，所述激光器(2)產生的激光光束的激光功率小于等于7W。

可選的，所述氧化劑為氧氣。

可選的，所述待加工區域材料為金屬材料。

一種基于金屬材料表面著色技術的著色方法，所述著色方法應用于所述著色裝置；所述著色方法包括：

準備待加工的工件；