激光打标常用于日常金属包装中，，，通过激光加工的方式在金属理论形成蕴含可追忆性和鉴别信息的永远性象征：：字母数字字符串、徽标、条形码和数据矩阵代码[1-2]，，，是一种宽泛使用的矫捷而现代的象征步骤。。
。与传统的打标工艺（如打孔、微点、划线或放电铅笔蚀刻机）相比，，，激光打标拥有以下利益：：非接触式工作、高反复性、高扫描速度、与激光光斑尺寸相当的象征宽度、工艺自身的高矫捷性和高自动化。。
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当前的激光打标技术大多是利用激光热烧蚀作用，，，在资料理论象征适当的深度，，，从而形成图像。。
。以这种方式形成的象征图像，，，在侵蚀性环境中，，，如氧化、侵蚀和磨损景象存在时，，，象征图像的齐全性会遭到肯定水平的粉碎。。
。别的，，，象征图像的深度在受激光光源和加工工艺参数（例如均匀功率、脉冲频率和扫描速度[3-4]）的强烈影响外，，，还应试虑象征图像时由于应力集中而造成被象征包装资料穿透而造成的加工失败[5]。。
。因而，，，钻研和开发不以加工深度为象征参数的激光打标步骤拥有重要意思。。
。激光着色技术是利用激光对金属理论进行作用，，，凭据分歧的作用参数在金属理论形成分歧的色彩，，，从而能够在金属理论形成拥有非深度特点以外的象征图像。。
。激光着色技术钻研伊始，，，Langlade 等[6]通过激光在金属理论上着色，，，并将色彩的产生综合于激光作用于金属而形成的金属氧化物；；高鸿志等[7]利用激光在 TC4 钛合金上天生彩色二维码，，，并探求了其色彩质量；；耿影[8]通过彩色条码图像重构技术有效改善了激光着色不不变的问题，，，且提高了彩色图像的可识读性。。
。当前钻研金属理论着色的文件较少，，，而将该技术直接利用于包装领域中更不多见。。
。本文思考钛合金金属资料的宽泛利用潜力，，，将激光着色打标技术利用于其理论形成彩色象征图案，，，以期拓展激光着色钛合金资料技术在包装行业中的利用。。
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通过调节的纳秒激光的功率、频率、扫描速度、扫描间距等参数，，，钻研 TB5 理论着色法规，，，制备了蕴含黄色、紫色和蓝色等多种色彩样本，，，通过使用SEM 扫描电镜分析分歧色彩样本的微观理论状态，，，进一步通过 EDS 和拉曼测试探求分析其化学元素组成，，，通过接触丈量表征着色后资料理论的润湿性特点，，，为钛合金激光打标着色利用提供肯定数据参考。。
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1、 激光着色道理

目前在金属资料上实现激光着色通？？？捎 2 种方式：：一是激光诱导氧化着色，，，激光诱导着色是通过激光在金属理论瞬时加热，，，导致金属理论氧化或与其他物质反映，，，形成分歧厚度或结构的氧化层，，，分歧氧化物的色彩会出现出金属理论分歧的色彩。。
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这种步骤能够实现金属理论的高精度着色，，，拥有较好的耐磨性和耐侵蚀性。。
。二是激光诱导形成金属纳米结构着色[9]，，，激光诱导的金属理论部门加热和熔融，，，形成微观凹坑或凸起。。
。这些部门微结构会导致理论的部门光学性质产生变动，，，形成周期性的纳米结构，，，对入射光的波长和极化状态拥有选择性吸收和散射作用，，，从而出现出特定的色彩。。
。以上是激光在金属资料理论着色的 2 种常见的步骤，，，与后者相比，，，通过激光诱导氧化着色拥有单一性和可控性的利益，，，且氧化层通常比纳米结构越发不变，，，所天生的色彩拥有较好的耐磨损性和耐侵蚀性，，，因而，，，通过激光诱导氧化着色是目前实现金属理论着色的主流步骤。。
。激光诱导氧化着色能够在分歧金属资料和氧化前提下形成分歧色彩的氧化层，，，色彩领域相对较广。。
。在整个反映的初期，，，在吸收激光的能量之后，，，会将能量转变为热能，，，从而导致金属的理论温度升高，，，氧化反映的速度会随着资料温度的升高而持续提高，，，所天生的氧化膜会变得更厚，，，同时也会使得金属理论越发滑润[10]。。
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2 、尝试

2.1 尝试筹备

由于 TB5 拥有优良的加工机能，，，适合进行激光着色处置，，，且相对高强度钛合金来说成本更低，，，激光着色处置后的产品拥有优良的机能阐发，，，在成本效益上拥有优势。。
。这次尝试使用的 TB5 钛合金中，，，重要成分元素为 Ti、V、Al、Cr、Sn、Fe、O、C 等。。
。为削减基材所含杂质对尝试的影响，，，尝试前需对基材进行超声波洗濯。。
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表 1 为这次尝试所用到的激光设备具体参数。。
。同时，，，可调整激光的反复频率和输出功率等关键参数。。
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尝试重要选取节制变量法和矩阵测试法[11]。。
？？＝谥票淞糠ㄊ且恢挚蒲С⑹陨杓撇街，，，通过在尝试过程中维持某些变量不变，，，只扭转特定变量来观察其对尝试了局的影响。。
。这有助于确定特定变量对尝试了局的影响，，，而不受其他成分的滋扰。。
。矩阵测试法利用矩阵的结构来组织和执行一系列的尝试测试，，，合用于必要测试多个变量组合的情况。。
。如图 1 所示，，，矩阵测试法中矩阵的行、列别离代表了分歧输入或前提。。
。通过分歧的测试对尝试了局进行评估[12]。。
。通过 2 种步骤的结合，，，可能同时观测到 2 组激光参数对着色尝试了局的影响。。
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2.2 理论描摹表征步骤

对于理论描摹，，，本钻研使用场发射扫描电子显微镜（Sigma300）去表征在 1 000、10 000 倍率下的激光烧蚀后样品的理论状态。。
。同时利用能谱（EDS）接受电子束和物质相互作用产生的特点 X 射线进行成分分析。。
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2.3 拉曼测试步骤

当激光光束与物质相互作用时，，，其中一部门光子的能量被物质的分子吸收或散射，，，从而产生频率偏移的散射光，，，通过度析散射光的频率偏移能够获取物质的结构、化学成分以及物理性质等信息。。
。本次尝试丈量使用的是岛津 RM-3000 便携式拉曼光谱仪。。
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2.4 润湿性表征

润 湿 性 的 表 征 本 文 采 用 接 触 角 测 量 仪（JCJ-360A）。。
。将样品水平搁置载物台，，，并调节好光源、角度，，，摄像头焦距确保出现清澈的图像。。
。丈量时使用 10 μL 的微量注射器，，，测试液滴约为 5 μL。。
。丈量过程需匀速挤出液滴，，，并在分歧地位丈量 3 次取其均匀值，，，以确保接触角的正确性。。
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3、 了局与分析

3.1 扫描速度和线间距对着色的影响

在整个激光着色尝试中，，，必要正确地调控激光参数，，，由于各个参数的扭转都可能会对着色尝试了局造成影响。。
。好比在其他参数维持不变的情况下，，，大幅度的加大激光功率会对基材理论出现溶解或去除景象。。
。而扭转扫描速度和线间距同样会对尝试了局造成影响，，，扫描速度通过扭转脉冲点上的重叠率从而扭转激光输入到资料的能量，，，线间距扭转的是扫描行之间的重叠率，，，最终对着色成效产生影响。。
。图 2 是 TB5 基材理论，，，通过固定其他参数不变，，，扭转了激光的扫描图 2 扫描速度与线间距对 TB5 理论着色的影响Fig.2 Effect of scanning speed and line spacing on TB5 surface coloring速度和线间距得到的矩阵测试成效。。
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由于线间距增大，，，激光扫描行之间的重叠水平会减小，，，行之间的重叠水平越小会导致激光脉冲作用次数削减，，，所以最终会导致注入的激光能量削减。。
。当线间距过小时，，，激光能量过大，，，会使得着色理论色彩出现出茶青色，，，甚至玄色，，，基材理论温度显著提升；；当线间距过大时，，，激光能量过小，，，最终形成的氧化膜比力薄，，，所形成的色彩为浅黄色，，，最终趋近于银色。。
。每一行色彩的变动趋向，，，根基上出现出先天生茶青色，，，而后出现蓝色、紫色，，，最终变为黄色至银色的变动趋向。。
。当激光扫描速度较快或线间距较小时，，，会出现更深的色彩，，，而当激光扫描速度较慢或线间距较大时，，，会出现出较浅的色彩。。
。这种色彩变动趋向是由于激光对资料的作用次数和能量输入量的变动所导致的氧化膜厚度分歧而产生的。。
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3.2 着色样品的理论描摹分析

为了观察样品着色后的理论描摹，，，并且进一步地分析扫描速度和线间距对呈色成效的影响，，，选用扫描电镜对分歧色彩的样本理论进行观察，，，所得的理论描摹如图 3 所示。。
。图 3 中在 P=2.4 W、f=200 kHz、τ=10 ns、d=3 μm 统一参数前提下着色，，，图 3a~d 别离为在扫描速度 1 000、500、300、400 mm/s 下所得的白色、黄色、蓝色和紫色样本。。
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从图 3a~c 能够看出，，，在上述的激光节制参数领域内，，，在扫描间距为 3 μm 的前提下，，，可清澈地看到激光在样品理论的烧蚀蹊径呈类似于月牙形，，，月牙状波纹布满整个着色区域。。
。这是由于在激光着色过程中，，，激光能量会被部门吸收，，，导致部门升温。。
。当资料受热后，，，可能会出现热应力，，，导致理论产生细小的变形，，，在资料的理论张力和热应力的相互作用下形成了月牙状，，，随着激光的扫描蹊径持续反映，，，直到扫描实现，，，反映也实现，，，最后布满整个着色区域。。
。月牙状分列在理论形成周期性结构，，，这种结构能够导致光的衍射和过问效应，，，从而影响色彩的显示，，，使得理论出现出特殊的光学成效，，，可能会导致色彩的变动和显示成效的加强。。
。在图 3d 中能发现理论出现了凹陷描摹，，，这是单点激光脉冲作用于样品理论后产生的熔池，，，这种凹陷通常是由于激光能量密度不均匀或者资料的光学个性等成分导致的。。
？？Ｄ芄豢闯，，，在上述的激光节制参数领域内，，，随着激光着色后，，，在钛合金理论可能天生裂纹，，，可所以由于激光照射引起的热应力造成的。。
。激光照射会导致部门区域的温度升高，，，资料自身的热膨胀系数变得不均匀，，，从而会导致部门应力的不均匀散布，，，导致裂纹形成。。
。裂纹会使得理论粗糙度增长，，，从而影响光的散射和反射，，，进而影响色彩的显示。。
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裂纹会扭转理论的描摹和光学性质，，，可能会导致色彩的失真或不均匀显示。。
。此外，，，激光照射还可能引起资料理论的相变或者晶格结构的扭转，，，这些变动也可能导致裂纹的天生。。
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3.3 着色样品的化学元素组成分析

为钻研经过激光着色试验后的 TB5 钛合金理论所形成的元素情况，，，利用能谱仪（EDS）与拉曼光谱仪测定了部门着色样品理论的元素含量，，，了局别离如图 4、图 5 所示。。
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在拉曼光谱中，，，横轴通常暗示的是光子的频率或波数（通常以 cm-1 为单元），，，而纵轴则暗示的是散射光的强度或相对散射强度。。
。如图 5 所示，，，4 种色彩的拉曼光谱类似，，，均在 496、602、714、773 和 861 cm^-1 处出现特点值。。
。496 cm-1 处是 O-Ti-O 的对称弯曲振动，，，602 cm^-1 处是 O-Ti-O 键对称伸缩振动，，，714 cm^-1与 773 cm^-1 处应为 V-O 伸缩振动，，，位于 861 cm^-1 处的是钒氧双键 V=O 的伸缩振动模式。。
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结合图 4 与图 5 中 4 个色彩样本的丈量了局显示了氧元素含量的显著提升，，，了局能证明样品在着色过程中产生了氧化反映，，，同时样品会有氧化物天生。。
。从图 4 中 Ti 和 V 的含量、基材的色彩散布以及天生的氧化物来看，，，理论所出产的氧化物重要是 TiO₂，，，同时存在肯定量的 V₂O₅，，，而凭据查问金属氧化反映的埃林厄姆图可知，，，TiO₂ 的尺度吉布斯能较 V2O5 的低。。
。因而，，，Ti 在钛合金理论会优先与氧反映，，，形成氧化物。。
。TiO₂ 通常为白色固体，，，但在图 2 中显著看出激光处置后的 TB5 有黄色、紫色、蓝色等多种色彩。。
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由于 TiO₂ 拥有多种晶体结构和状态，，，如金红石型、锐钛型和布洛克矿型，，，而分歧晶体结构的二氧化钛会吸收和反射分歧波长的光，，，从而出现出分歧的色彩。。
。别的，，，钛合金理论激光处置后可能出现多种色彩，，，与其理论的热解反映形成多相结构有关[13]，，，即随着激光加工参数的变动，，，钛合金理论成长的氧化水平会相应变动，，，从而形成丰硕多彩的色彩。。
。图 4与图 5 测试了局刚好讲了然激光处置 TB5 后理论的氧化层变动情况。。
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3.4 润湿性分析

通过使用接触角丈量仪丈量图 2 各个色彩样本的接触角数据如图 6 所示。。
。从图 6 中数据能够看出，，，大部门色彩样本具备疏水特点，，，尤其当扫描间距为5、7、13 μm 时，，，不论在何种激光扫描速度下均阐发为疏水性。。
。经接触角丈量，，，原始 TB5 钛合金理论的静态接触角为 46.77°，，，如图 7a 所示，，，阐发出亲水性，，，与文件[14]了局一致。。
。而图 7b、c 及图 6 展示出的色彩样本的疏水了局，，，显然与传统的接触角 Wenzel 理论[15]不符。。
。为了更详细地会商该问题，，，图 8 给出了图3e、f 非裂纹区域的放大细部图像，，，可见激光着色过程中会在金属 TB5 理论形成微观结构，，，即微纳米级的凹凸结构，，，该结构使得激光处置后的 TB5 理论接触液体时形成 C-B（Cassie and Baxter）模式，，，从而形成了疏水结构。。
。别的，，，3.3 节中了局讲了然激光处置TB5 后有 TiO₂ 和 V₂O₅ 天生，，，V₂O₅ 可能导致了 TiO₂结构润湿性的变动[16]；；此外，，，有文件批注脉冲的巨细也会导致钛合金理论润湿性的分歧，，，低脉冲形成氧化物少而诱导成疏水性理论[17]，，，本文中使用的正好是低脉冲激光。。
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综上可见，，，通过激光处置 TB5 资料理论，，，不仅能够形成多种变动的色彩，，，激光通过作用在资料理论上产生氧化膜以及微纳米级的凹凸结构，，，还可扭转其理论亲疏水性。。
。这使得激光处置钛合金理论技术有更大的推广空间，，，例如商用的彩色图标、彩色防伪码等，，，既可扭转理论色彩，，，使之拥有分辨性和美观性，，，还因疏水机能而具备自清洁性，，，提高自身理论的耐传染机能和耐侵蚀机能。。
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3.5 激光打标着色利用

如图 9 所示，，，凭据图 2 展示的着色法规在 TB5理论制作了图案，，，证实了激光打标着色现实利用于金属包装的可行性。。
。在图 9 中可用肉眼观测到分歧地位拥有分歧的色彩特点，，，由于激光处置工艺参数的唯一性，，，显然可将该技术形成的特有色彩特点用于分辨正规与假冒商标的产品。。
。其次，，，分歧色块的润湿性特点也有分歧的接触角，，，用户能够凭据润湿性的分歧来判断是否为正品，，，更进一步的加强产品的防伪职能。。
。由此凭据已测试的尝试数据能够在金属包装理论打标任何拥有色彩图案的状态，，，并且激光打标着色工艺相较于传统激光打标技术拥有以下利益：：一是在钛合金理论激光着色使用色彩变动来包办传统单一深度式象征大局的激光打标，，，更具实用性；；二是钛合金激光理论着色使用功率小，，，预防由于传统打标的应力集中而造成包装的破损。。
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4、 结语

本文通过调节纳秒激光的功率、频率、扫描速度、扫描间距等参数，，，在 TB5 钛合金理论通过激光打标着色技术得到了分歧色彩样本与处置后金属理论润湿性之间的关系。。
。证了然通过调节激光参数集可同时扭转金属的着色成效以及润湿性。。
。重要结论如下：：

1）纳秒激光扫描速度是影响钛合金理论氧化膜着色成效的重要成分之一。。
。随着扫描速度的增长，，，能够直接观察到色彩出现变动趋向。。
。同时，，，由 SEM 能够观察到样品理论粗糙度的增长，，，氧化的水平会加剧且其过程会更不均匀。。
。由于扫描速度的变动能影响氧化反映的速度和均匀性，，，因而在钛合金理论激光打标着色工艺中，，，合理节制扫描速度拥有重要意思。。
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2）分歧扫描速度、扫描间距下的理论润湿性分歧。。
。其中当扫描速度为 500、600 mm/s，，，激光扫描间距为 5、7、13 μm 时，，，其润湿性均为疏水性，，，可通过激光着色实现拥有分歧色彩特点、分歧润湿机能的商标图案用于金属包装的防伪。。
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