Лазерне фарбування нержавіючої сталі: інноваційна технологія кольорового маркування без використання фарби

У таких галузях, як обробка металів, декоративне дизайнування та відстеження продуктів, кольорова маркування є важливим засобом передачі інформації та підвищення естетичної привабливості. Традиційні методи фарбування металів, зокрема друк та електрохімічна обробка, мають такі недоліки, як забруднення навколишнього середовища, необхідність додаткових споживних матеріалів та нестабільність кольорів. Технологія лазерного фарбування нержавіючої сталі, навпаки, набула популярності в лазерній галузі завдяки таким перевагам, як відсутність споживних матеріалів, висока точність та стійкість кольорів. Вона полягає у викликанні окисної реакції на поверхні нержавіючої сталі за допомогою лазерної енергії з утворенням кольорової оксидної плівки й не потребує використання фарби чи хімічних реагентів. Цей метод не лише забезпечує насичені кольори, а й гарантує стійкість маркування до зносу та його екологічну безпеку, відкриваючи нові можливості для персоналізованої обробки виробів із нержавіючої сталі.

 

Основним принципом лазерного забарвлення нержавіючої сталі є використання лазерної енергії для індукції утворення оксидної плівки певної товщини на поверхні металу. Потім, завдяки природному кольору оксидної плівки та ефектам інтерференції світла, виникає різноманіття кольорів. У експериментах зазвичай використовують волоконний лазер MOPA, який випромінює лазерне світло з довжиною хвилі 1064 нм. Коли таке світло потрапляє на матеріали, наприклад, нержавіючу сталь марки 304, воно підвищує температуру облученої ділянки, що запускає реакцію окиснення з киснем повітря й призводить до утворення двофазної оксидної плівки, що складається з оксидів хрому та заліза.

 

Товщина та поверхнева морфологія оксидної плівки безпосередньо визначають остаточний колір — оксидні плівки різної товщини мають різні ефекти відбиття й заломлення видимого світла, тому вони набувають різних кольорів, зокрема синього, фіолетового, рожевого та жовтого. Наприклад, тонша оксидна плівка може мати фіолетовий відтінок, а зі збільшенням її товщини колір поступово змінюється на рожевий і жовтий. Ще цікавіше те, що лазерне фарбування не потребує складного обладнання. За допомогою гальванометричного сканування та фокусування за допомогою об’єктива F-theta можна точно контролювати утворення оксидної плівки на поверхні нержавіючої сталі, що забезпечує гнучке застосування — від локального маркування до фарбування великих площ.

Основною проблемою лазерного забарвлення нержавіючої сталі є досягнення точного відтворення бажаних кольорів шляхом налаштування параметрів. Ключовими параметрами, що впливають на колір, є потужність лазера, швидкість сканування та частота повторення. Ці три параметри діють не незалежно один від одного, а визначають ефект забарвлення через фіксоване пропорційне співвідношення. Дослідження показали, що за умови збереження однакового коефіцієнта пропорційності цих трьох параметрів (пропорційний коефіцієнт дії лазера) навіть при різних конкретних значеннях на поверхні нержавіючої сталі можна отримати надзвичайно подібні кольори та оксидні плівки.

 

Наприклад, потужність лазера 20 Вт, швидкість сканування 100 мм/с та частота повторення 200 кГц дають такий самий колір, як і потужність 30 Вт, швидкість сканування 150 мм/с та частота повторення 300 кГц — завдяки сталому співвідношенню параметрів. Одночасно такі параметри, як тривалість імпульсу та фокусна відстань, також впливають на якість оксидної плівки: за фіксованої тривалості імпульсу 4 нс та фокусної відстані 210 мм діаметр плями стабілізується на рівні 50 мкм, що забезпечує більш рівномірне фарбування. Це правило пропорційності параметрів вирішує проблему складного відтворення кольорів у традиційному методі фарбування й надає надійні параметри для масового виробництва.

 

Порівняно з традиційними процесами фарбування лазерне забарвлення нержавіючої сталі має чіткі переваги. По-перше, це екологічно безпечний процес. Увесь процес не вимагає хімічних реагентів чи фарб — використовується лише окисна реакція між лазером і повітрям, при цьому не утворюються стічні води чи відходи, а отже, процес відповідає вимогам охорони навколишнього середовища. По-друге, кольори стабільні й довготривалі. Утворена оксидна плівка щільно з’єднана з основою з нержавіючої сталі, має високу стійкість до зносу та випроблення, а також здатна витримувати складні умови експлуатації, зокрема на відкритому повітрі та при високих температурах. По-третє, процес є точним і гнучким. Лазерна пляма має малий розмір і високий ступінь керованості, що дозволяє як наносити дрібні тексти й малюнки, так і забарвлювати великі площі рівномірно, адаптується до нержавіючих стальних виробів різних розмірів і специфікацій.

 

Крім того, лазерне фарбування має такі переваги, як простий технологічний процес і відсутність витрати споживних матеріалів, що дозволяє знизити виробничі витрати. Наприклад, у сфері прослідковості продукції лазерне фарбування можна використовувати для нанесення кольорових QR-кодів на деталі з нержавіючої сталі — вони не лише чітко видимі й легко розпізнаються, а й менш схильні до стирання порівняно з друкованими позначками. У декоративній сфері цей метод дозволяє отримувати градієнтні кольори та складні візерунки на листах із нержавіючої сталі, що підвищує естетичну цінність продукції. Ці переваги зробили його популярним у таких галузях, як виробництво товарів побутового призначення, медичного обладнання та архітектурне оздоблення.

 

Сфери застосування технології лазерного фарбування нержавіючої сталі постійно розширюються. У промисловому виробництві її можна використовувати для нанесення брендових логотипів та маркування технічних параметрів виробів із нержавіючої сталі: кольорове маркування є одночасно привабливим на вигляд і проти-підробним. У сфері декоративного дизайну ця технологія дозволяє надавати нержавіючим стальним дверям, вікнам, меблям та художнім виробам персоналізовані кольори, звільняючи їх від одноманітної текстури традиційної нержавіючої сталі. У галузі високотехнологічного виробництва — наприклад, у виробництві медичного обладнання та аерокосмічних компонентів — кольорове маркування може використовуватися для класифікації деталей та забезпечення їх прослідковості, що підвищує ефективність управління виробничим процесом.