Процессы при лазерной маркировке.

Механизм воздействия лазерного излучения на поверхность изделий.

     Электромагнитная волна, взаимодейтсвуя с металлами, фактически взаимодейтсвует с электронами проводимости в поверхностном слое: все дальнейшее - нагрев, плавление, испарение- происходит при столкновениях электронов с кристаллической решеткой.

     Для маркировки основной интерес представляет взаимодействие излучения с металлами, т.к. они обладают большой энергией фазовых переходов.

     При воздействии лазерного излучений на металлы главным фактором этого воздействия является плотность мощности падающего излучения.

В этом случае конкурируют два процесса:

* энергия на поверхность металла подводится лазерным лучом и рассасывается;

* механизм теплопроводности.

* либо другие физические явления.

И при каком уровне плотности наступит их баланс- такой вид воздействия мы и получаем.

     При поверхностной плотности лучевой мощности на уровне до 10⁴  Вт/см² мы имеем режим нагрева поверхности, при котором могут происходить только внутренние фазовые переходы. Поэтому такая плотность мощности соответсвует режимам лазерной закалки, отпуска и вообще термообработки. Но скорости передачи тепла на поверхность и скорость его рассасывания очень велики, температурные градиенты тоже, поэтому лазерная термообработка часто оказывается намного эффективнее других видов термообработки.

    Если мы создаем на поверхности металла плотность мощности лучевого потока на уровне 10⁵  Вт/см² - уже возникает режим плавления и частичного испарения. При таких уровнях мощностей можно производить резку, сварку, поверхностное легирование с пепеплавлением.

    При достижении уровня плотности мощности 10⁶  Вт/см² возникает процесс интенсивного испарения и кипения на поверхности расплава. Нижнее значение соответвует относительно спокойному испарению, верхнее - интенсивому испарению и образованию в плотных парах плазмы. Плазма с ее свободными электронами становится интенсивным поглотителем излучения, разогревается и создает мощный поток переизлучения, который воздействет на поверхность металла.

    Если поднять плотность мощности до уровня 10⁹  Вт/см²   можно получать плазму- лазерную искру - в воздухе, прозрачных телах, жидкостях. Этот режим используется для внутренней маркировки стекла, кристаллов, прозрачных полимеров.

    Приведенные выше уровни плотностей мощности для того или иного процесса условны. Большую роль здесь играет длина волны излучения. Для излучения СО₂  лазера с длиной волны 10,6 мкм коэффециент отражения от большинства чистых металлов имеет величину порядка 90-95 % и после воздействия луча на такой металл в нем остается слишком мало энергии для осуществления какого либо изменения - все рассасывает теплопроводность.  При "обстреле" таким излучением металлов типа алюминия или меди, металлов с очень высокой теплопроводностью и большим коэффициентом отражения, мы скорее получим плазменный экран.

    Если длина волны излучения на порядок меньше -около 1 мкм, что характерно для твердотельных лазеров, пороговые величины смещаются в сторону уменьшения. Для лазеров же ультрафиолетового диапазона- эксимеров, лазера на азоте, умноженной частоты неодима- поглощение даже на золоте увеличивается до десятков процентов от величины падающего. Но и стоимость каждого ватта излучения здесь много выше.

    Маркировку изделий в настоящее время производят с помощью двух видов лазеров: для металлов - это твердотельные лазеры на неодиме с длиной волны генерации 1064 нм., и для прозрачных пластиков, кожи, дерева, бумаги и т.п. лазер СО₂   с длиной волны генерации 10,6 мкм. Маркировка СО₂  лазером в конечном итоге сводится к обычному термическому воздействию на поверхность вещетсва и к известным термическим эффектам- горению, испарению, разложению , сублимации и т.п.

По всем  вопросам маркировки и гравировки вы можете

получить консультацию у наших специалистов по телефону либо электронной почте.