[發明專利]用于高反射金屬的鎖頻單脈沖紫外超快激光精密標刻方法和系統

在審

• 申請號: 202111579291.0
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114346448A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 河北金鐳贏圣科技有限公司
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/0622;B23K26/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種用于高反射金屬的鎖頻單脈沖紫外超快激光精密標刻方法，包括步驟：1)將高反射金屬置于操作臺上；2)將激光器設于操作臺的一側；3)鎖定發射頻率為1K?500K之間的一定值；4)所述激光器發射的超快激光，經過整形光路放大光束尺寸、再經過光束傳輸光路輸入到振鏡、再經過場鏡后聚焦在操作臺上的高反射金屬工件表面；5)在軟硬件控制器的控制下，設置激光參數和加工參數，控制激光束X、Y、Z軸的移動，完成高反射金屬表面圖案的激光標刻。本發明方法基于鎖定的高重復頻率、高能量單脈沖工作、高的單脈沖光子峰值功率、單脈沖間能量一致性高的超快激光，無需對高反射金屬表面氧化處理即可實現深黑色穩定的精密標刻。

技術領域

本發明涉及激光標刻技術領域，具體涉及一種用于高反射金屬的鎖頻單脈沖紫外超快激光精密標刻方法和系統。

背景技術

金屬鋁，銅，金，銀及其合金材料廣泛應用于消費類電子、汽車、航空航天、建筑及居家生活。在基于此類材料的標記、追溯、防偽、大數據等的應用中，標記技術，尤其激光標刻技術是非常重要的保留信息的方法。

普通的標記技術多為噴涂顏料，或者機械雕刻，效果比較粗糙，不容易長期保留信息。因此，激光標刻被寄予厚望。但這類材料對激光發射率很高，普通激光標刻機很難打出清晰精密或顏色較深的印跡。有的(如鋁)需要在表面做陽極氧化之后，才能形成明顯標刻。因為它們對激光的反射率高達80％，甚至95％以上。

以鋁合金為例，在室溫環境下,表面粗糙度1.6～3.2um條件下,對1.06um 波長、功率密度61kW/cm²激光的反射率為80％。因而其激光標刻技術主要采用 CO₂激光器、紫外納秒激光器、紫外納秒激光器或基于超快光纖激光器的標刻機，這些激光對鋁合金標刻具有表面選擇性，需先做表面陽極氧化，然后通過熱至熔化作用，破壞表面的形貌來實現標刻。

同時，鋁、銅、金、銀及其合金本身傳熱就很快，具有好的抗腐蝕性。對激光束的高初始反射率及其本身的高導熱性，使高反金屬材料在未熔化前對激光的吸收率很低，“小孔”誘導比較困難；電離能低，標刻過程中光致等離子體易于過熱和擴展，使得穩定性差；標刻過程中容易產生氣孔和熱裂紋；標刻過程中合金元素的燒損，使其力學性能下降。

從理論上分析，鋁合金對激光的吸收率由下式決定：

ε＝0.365{ρ[1+β(T－20)]/λ}1/2

式中ρ——鋁合金20℃的直流電阻率，Ω.m；

β——電阻溫度系數，℃-1；

T——溫度，℃；

λ——激光束的波長，m。

對于鋁合金來說，吸收率是溫度的函數。在表面溫度達到熔化溫度、汽化溫度前，材料對激光的吸收率將隨溫度的升高緩慢增加，一旦材料表面達到熔化溫度、汽化溫度，對激光的吸收率就會迅速增大。

因此，激光標刻需要更短的作用時間，更高的峰值功率。但普通連續運轉模式的激光只能靠時間積累更高的熱量來實現，而長脈沖運轉的激光光子峰值功率不夠，其他光纖超快激光工作頻率太高，脈沖串內光子彼此能量不均勻，而在材料表面產生不同效果的熱影響區，引起氣泡效應、加工面掛渣、裂紋以及崩邊，導致標記內容不清晰，一致性弱、甚至材料強度退化，改變了材料的特征參數。

發明內容

有鑒于此，為了克服現有技術的不足，本發明提供一種用于高反射金屬的鎖頻單脈沖紫外超快激光精密標刻方法和系統。該方法基于鎖定的高重復頻率、高能量單脈沖工作、高單脈沖峰值功率、單脈沖間能量一致性高的超快激光，無需對金屬表面氧化處理即可實現深黑色穩定的精密標刻。

本發明用于高反射金屬的鎖頻單脈沖紫外超快激光精密標刻方法，包括步驟：