[发明专利]一种基于金属材料表面着色技术的着色方法及装置

权利要求书

1.一种基于金属材料表面着色技术的着色装置，其特征在于，所述着色装置包括：计算机(1)、激光器(2)、扩束镜(3)、X-Y扫描振镜(4)、聚焦透镜(5)、激光光斑(6)、喷气管(7)、喷气管阀门(8)、工件(9)和工作台(10)；

所述计算机(1)分别与所述激光器(2)、所述X-Y扫描振镜(4)和所述工作台(10)连接；所述扩束镜(3)设置在所述激光器(2)的出射光路上；所述X-Y扫描振镜(4)设置在所述扩束镜(3)的出射光路上；所述聚焦透镜(5)设置在所述X-Y扫描振镜(4)的出射光路上；所述工件(9)固定在所述工作台(10)上；所述喷气管(7)固定安装在所述工作台(10)的一侧；所述喷气管阀门(8)设置在所述喷气管(7)上；所述激光器(2)产生的激光光束的激光功率小于等于7W；

所述着色装置工作时，所述激光器(2)射出的激光光束依次通过所述扩束镜(3)、所述X-Y扫描振镜(4)以及所述聚焦透镜(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)表面的待加工区域材料上；所述喷气管(7)喷出的氧化剂汇聚于所述激光光斑(6)处；在激光的作用下，所述待加工区域材料的温度迅速升高，进而与所述氧化剂发生氧化反应，生成相应的赋有色彩的氧化层薄膜。

2.根据权利要求1所述的着色装置，其特征在于，所述激光器(2)为纳秒脉冲型激光器。

3.根据权利要求1所述的着色装置，其特征在于，所述氧化剂为氧气。

4.根据权利要求1所述的着色装置，其特征在于，所述待加工区域材料为金属材料。

5.一种基于金属材料表面着色技术的着色方法，其特征在于，所述着色方法基于权利要求1所述的着色装置；所述着色方法包括：

准备待加工的工件；

对所述待加工的工件进行预处理，生成处理好的工件，具体包括：

将待加工的工件材料先后用320#-2000#的水砂纸打磨，随后用1μm粒度的高效金刚石抛光剂抛光，使表面粗糙度Ra≤0.3μm，然后在无水乙醇溶液中超声清洗10-15min，以去除表面的杂质及有机物污渍，生成处理好的工件；

将所述处理好的工件固定在工作台上，打开激光器，调节所述激光器镜头与所述处理好的工件表面的相对位置，使激光光斑聚焦在所述处理好的工件表面的待加工区域材料上；

打开喷气管阀门，设定激光参数和喷气管的气体流量；所述喷气管固定安装在所述工作台的一侧，所述喷气管与所述激光光斑的相对位置保持不变；所述喷气管阀门固接在所述喷气管上；通过控制喷气管阀门的旋转方向来调节喷气管喷出的气体流量的大小；

所述打开喷气管阀门，设定激光参数和喷气管的气体流量，具体包括：

打开喷气管阀门，通过调节所述喷气管阀门来调节所述喷气管的气体流量至预设流量；所述预设流量为5L/min；

通过计算机设定激光参数；所述激光参数包括激光器发出激光光束的激光功率、光斑直径、扫描速度和频率；其中激光功率不超过7W；光斑直径为57μm，脉宽为100ns，频率为20KHz；

通过激光器发出的激光光束加热所述待加工区域材料，并通以辅助性氧化气体作为氧化剂，利用激光产生的瞬间高温使所述待加工区域材料与所述氧化剂发生快速可控的氧化反应，使待加工的工件表面产生不同颜色的氧化层薄膜。