[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

说明书

本发明公开了一种基于金属材料表面着色技术的着色方法及装置，根据待加工材料的可氧化特性，通过低功率激光器加热待加工区域材料，通以辅助性氧化气体作为氧化剂，利用低功率的纳秒脉冲激光产生的瞬间高温使待加工区域材料与氧化剂发生快速可控的氧化反应，激光使得材料表面发生可控氧化后，会产生一层透明或半透明的氧化层薄膜，根据光化学作用以及薄膜干涉效应，由于选取不同的激光参数，因此会在加工后材料表面显出不同的颜色。利用本发明提供的方法及装置，能够实现钛合金等材料表面或者珠宝表面的着色加工，起到保护内部金属的作用，能够提高金属或者珠宝的耐磨损、耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及先进制造技术领域，特别是涉及一种基于金属材料表面着色技术的着色方法及装置。

背景技术

随着生产生活的日益进步，人们对航空金属材料以及珠宝材料加工也提出了越来越高的要求。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学性能；在医疗器械领域，对其颜色特性有一定的要求；在珠宝行业等领域，则对材料外观的装饰性以及耐磨性、抗腐蚀性提出了一定的要求。因此，在金属材料表面以及珠宝材料表面制备有色膜层，通过表面着色能够得到一层赋有色彩的氧化层薄膜，能够提高航空金属材料以及珠宝材料表面的耐磨、耐腐蚀等性能。

目前金属及珠宝材料表面着色主要采用电火花着色技术，主要原理是利用线切割放电形成的电解作用，在金属材料表面形成一层厚度不同的半透明氧化膜，由于光的干涉作用，所得到氧化膜层的颜色也不同，因此，可以通过控制膜层的厚度来得到想要的颜色。采用电火花着色所得到的金属材料表面，其耐磨性和耐腐蚀性都很强，用于小批量加工，但其缺点是不能在面积较大及结构复杂的航空工件金属表面以及珠宝材料表面进行加工，并且电火花加工过程存在装置比较复杂、电极损耗严重、二次放电、加工效率低、着色质量低以及热影响区大等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于金属材料表面着色技术的着色方法及装置，以解决现有电火花着色方法不适用于材料大面积表面着色、着色装置复杂、电极损耗严重、存在二次放电、加工效率低、着色质量低以及热影响区大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于金属材料表面着色技术的着色装置，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。

可选的，所述激光器(2)为纳秒脉冲型激光器。

可选的，所述激光器(2)产生的激光光束的激光功率小于等于7W。

可选的，所述氧化剂为氧气。

可选的，所述待加工区域材料为金属材料。

一种基于金属材料表面着色技术的着色方法，所述着色方法应用于所述着色装置；所述着色方法包括：

准备待加工的工件；