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阳极氧化铝打黑原理是什么?有哪些影响因素?

作者:Huaray 更新时间:2022-05-12 点击数:

阳极铝,是指在特定的电解液和工艺条件下,使铝制品表面电解形成一层氧化物薄膜,从而改变普通铝材料的表面着色、耐腐蚀、耐酸碱、电绝缘等特性的材料。通常是以金属铝或铝合金等铝制品作为阳极,以不锈钢或者铅为阴极进行制作;

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阳极铝在3C电子、汽车零部件、家具电器、装修建材、医用器械中应用较多,尤其是我们最常见的手机外壳、笔记本电脑外壳均有阳极铝的存在。

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在实际加工中,使用激光对阳极铝材料表面进行打黑标记,用于产品的识别、防伪、统计以及追溯是最为广泛的。其原理如下:利用高能量密度的激光照射材料表面,在短时间内将膜厚为5um-20um的表层氧化物进一步氧化并改变表面材料机理。基于纳米效应,在激光作用下,氧化物粒子大小为纳米级别,这样的物质其吸光性增加,从而使得可见光照射物质从而被吸收,反射出的可见光很少,从而肉眼观察为黑色,为物理加工,不可涂改,具有较强的防伪性能。

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这项应用工艺不同于普通的不锈钢打黑,铝可以打成灰色或黑灰色氧化铝(阳极铝),但因材料的反射性较高吸光率低,无法打得更黑,铜也是如此。目前市场上打黑主要采用MOPA(主控振荡器的功率放大器 Master Oscillator Power-Amplifier)激光器,其特点是脉宽(50-200ns)可调,1MHz级别的重复频率,及稳定的脉冲输出。激光技术快速发展的今天,客户对材料加工的精度、美观度、效率有了更高的要求。

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脉宽越小热影响区越小,可以得到更高的加工精度。脉宽越窄,颜色越黑,即黑度值越高;频率越高,出光速度越快,加工效率也越快。满足这三点的Teak纳秒激光器,支持1064/532/355 nm多波段光源,单脉冲能量可大于500μJ,重复频率范围大:100 kHz~1500 kHz;脉宽可灵活定制:1 ns~10 ns;

影响阳极氧化铝表面打黑的因素

1.阳极氧化铝其氧化层的膜厚:膜厚在5-20um,膜的厚度直接决定打黑的效果和效率,一般膜厚在10-20um较容易打黑,膜厚小于8um 时,氧化膜太薄,容易打破,出现白点的现象,需要提高脉冲频率和提高填充密度;

2.材料表面工艺:喷砂以及表面拉丝是常见的工艺,喷砂的粗细度对于打标出来的效果会产生不同的影响,喷砂颗粒越细,打黑效果越好;

3.激光器的安装调试:激光器的入射光斑光轴同振镜激光入射口光轴重叠,出射光斑位于出光孔中心的位置。光路的偏差将直接导致打黑的不均匀;激光参数的设定将直接影响阳极铝打黑的质量和效果,主要的激光参数是功率设置和频率设置,频率越高,脉冲宽度越短,需要的功率也就越高;具体对应关系如下表:

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4. 打黑工艺:场镜的焦距,光斑的大小,填充方式,正焦还是离焦等。其中最主要的是填充密度与振镜线速度的设置关系如下图:

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阳极铝打黑是3C电子领域的主要应用之一,想了解更多该领域激光应用工艺,关注华日激光