|
Год рождения: 1988 Инженерно-физический факультет, кафедра твердотельной оптоэлектроники, группа 6241 Специальность: 200201 Лазерная техника и лазерные технологии e-mail: *****@***ru |
УДК 535-1/-3
ФОРМИРОВАНИЕ МНОГОЦВЕТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО ОКИСЛЕНИЯ
Научный руководитель – д. т.н., профессор
Гранты РФФИ № -а и -а, Государственный контракт № П1134.
В работе было рассмотрено формирование цветного изображения на поверхности нержавеющей стали при воздействии лазера ИК диапазона. Данный метод представляет множество потенциальных применений: в промышленности (нанесение цветных логотипов на продукцию), в рекламном бизнесе (сувенирная продукция, визитки), в ювелирном производстве. Изменение оптических свойств поверхности может оказаться необходимым также во многих других случаях – при разработке фотоэлектрических, отражающих элементов и т. д. В настоящий момент в данном вопросе не существует строгой теоретической модели, а только некоторые эмпирические подходы. Таким образом, была поставлена задача, детально исследовать физические и химические процессы, приводящие к образованию цветных изображений, которые позволили бы управлять процессом лазерного окрашивания поверхности металлов.
В работе было показано, что эффект окрашивания при воздействии лазерного излучения в основном обусловлен двумя процессами: образование окисных пленок и влияние дифракционных эффектов. Параметром, характеризующим образование оксидной пленки, должна являться некая интегральная характеристика нагрева, учитывающая температуру поверхности образца, создаваемую воздействием серии N импульсов и общим временем нагрева. Для ее характеристики была выведена полуэмпирическая величина, Ф (1):
, (1)
где первый член, отвечает за примерное (без учета теплопроводности) время поддержания температуры T ° в течение времени воздействия τ, а второй – за эффект накопления тепла от предыдущих импульсов [1]. Эксперимент показал, что на краях зоны образуется валик и другие следы застывшего расплава, что приводит к появлению регулярной шероховатости поверхности (рисунок).
|
Рисунок. АСМ изображение и микрофотография поверхности нержавеющей стали (f=90 кГц; v=31,5 мм/с; P=9 Вт; N=20 линий/мм)
Для анализа влияния дифракционных эффектов на цвет изображения вводится второй параметр – период дифракции, d [2].
Были облучены образцы стали с одинаковыми параметрами Ф и d, но при разных режимах работы лазера, что позволило получить идентичные цвета на поверхности. Полученные образцы были исследованы методами оптической и зондовой микроскопии, профилометрии, микрорамановского рассеяния и спектрофотометрии, которые также подтверждают влияние коэффициентов Ф и d на цвет изображения. Проведенные эксперименты позволяют в дальнейшем осуществлять контроль над цветом изображения.
Литература
1. Вейко многоцветного изображения при лазерном окислении металлов / , , // Известия вузов. – 2011. – №2 (принято в печать).
2. Odintsova G. V. Laser induced multicolor image formation on metal surfaces / S. G. Gorny, G. V. Odintsova, A. V. Otkeeva, V. P. Veiko // Proc. of SPIE. – 2011 (to be published).
