激光打標技術是激光加工最大的應用領域之一，過去幾十年間，激光打標產(chan) 業(ye) 取得了顯著的發展，這個(ge) 市場最重要的變化是推出了低功率脈衝(chong) 光纖激光器，現在已經發展到幾乎每個(ge) 供應商都能在其產(chan) 品供給範圍內(nei) 提供這類光纖激光打標設備。

這些激光器的波長通常屬於(yu) 1070 nm左右的近紅外（NIR）範疇，非常適用於(yu) 多數金屬產(chan) 品的打標。鋁、銅及其合金等材料均可采用激光打標，但想在低熱條件下在這類金屬上打出肉眼清晰可見的深色標記，不同金屬打標的難易也不盡相同。

激光表麵處理

在廣泛的工業(ye) 激光材料加工領域，激光表麵加工這一術語通常被用於(yu) 描述一係列采用連續波（CW）、功率為(wei) 數千瓦的近紅外激光源的加工活動。然而，以上工藝與(yu) 本文所描述的可被視作為(wei) 微米和納米級表麵應用的技術完全不同。采用短脈衝(chong) 皮秒（10-12）和飛秒（10-15）超快激光器的許多工藝已經確定。

這些工藝的主要缺點是：即便屬於(yu) 這類激光器門類中的低功率係列產(chan) 品，它們(men) 的投資與(yu) 運行成本仍然很高。由於(yu) 加工速度通常取決(jue) 於(yu) 激光器的平均功率，對於(yu) 大多數工業(ye) 激光用戶而言，實際表麵覆蓋率條件下的激光加工成本可能太高。

最近，成熟的納秒級脈衝(chong) 光纖激光器的脈寬範圍已擴展到亞(ya) 納秒級，隨之而來的是以數量級增加的峰值功率能力。這使開發出一種采用具成本效益的長皮秒激光源的新型激光表麵加工工藝成為(wei) 了可能。

一係列不同層次激光表麵處理工藝

雖然這些技術通常被稱為(wei) 激光表麵處理，從(cong) 機械角度來看，這些工藝與(yu) 激光打標息息相關(guan) ，因為(wei) 它們(men) 局限於(yu) 對部件的表麵處理，通常需要結合采用激光消融與(yu) 熔融工藝。

激光表麵毛化處理與(yu) 激光打標分析

通過一定方式改變激光打標表麵區域，使之與(yu) 未打標區域形成視覺上的對照，激光標記具有重要的應用。

01鋁金屬的激光表麵毛化處理

對於(yu) 鋁質材料來說，其自然氧化層具有吸濕性，且厚度會(hui) 隨時間增大。所以，去除這層粗糙的受汙染的氧化層，以暴露下層鋁材，可能足以形成充足的對比度。另一個(ge) 比較複雜的因素是，下層鋁材的熔融或消融程度會(hui) 顯著影響標記的外觀。

仔細調整激光器的參數，可以產(chan) 生更為(wei) 光亮的表麵，以展現出對比度提高的熔融效果。通過使用~1mJ的脈衝(chong) 能量，可以在鋁材上形成色澤較深、氧化程度高的表麵，但是，如果想要獲得低的L*值，同時又能夠獲得堅固的、非易碎型的表麵，使得標記的外觀不會(hui) 隨著觀察角度的變化而改變，則需要對工藝進行仔細的控製。提高消融水平以形成微粗糙表麵，也可以獲得顏色更深、吸收性較高、L*值較大的表麵（圖3）。所顯示的表麵尺寸均<10μm，表麵粗糙度（Ra）遠低於(yu) <5μm。

用5ns、75μJ的激光器處理的深灰色鋁材表麵，放大倍數：200X

從(cong) 鋁表麵去除陽極化塗層是一種廣泛使用的技術，相同的規則也適用於(yu) 在基板上應用激光——熔融性強便意味著能夠產(chan) 生更具反射效果的表麵。不管是裸鋁材還是陽極化鋁材，打標速度均達到1-2m/s的高水平。最近，已經開發出在特定陽極化塗層上的激光打標技術，使用低納秒、亞(ya) 納秒光纖激光器可以獲得<30的L*值，盡管其打標速度比上述方式要低得多。

用0.15納秒和1納秒脈衝(chong) 處理的0.8mm厚的銅質材料的表麵效果 02銅金屬的激光表麵毛化處理

對銅金屬進行激光拋光以形成對比是相對較為(wei) 熟知的方法，但是，因為(wei) 這種金屬與(yu) 生俱來具有的高反射率，要獲得深色的標記通常會(hui) 更具難度。

如圖5所示，通過與(yu) 拋光前的表麵粗糙度對比，可以看出經激光處理表麵的粗糙度差異（<1μmRa）。但表麵結構更為(wei) 複雜，表麵區域得到了極大改善，從(cong) 而形成了高吸收性表麵。這從(cong) 圖4可以看出。

用150皮秒脈衝(chong) 處理的銅金屬

最右側(ce) 部分是未經激光處理的拋光區域，左側(ce) 則是激光處理過的區域。這些特征與(yu) 鋁質材料上形成的特征相比，要小一個(ge) 數量級（圖3）。所獲得的表麵結構支持了非線性、等離子控製過程的假設，而不是傳(chuan) 統的熱去除材料的過程。進一步的相關(guan) 證據是，同樣的激光參數可用於(yu) 處理20μm厚的銅箔，而不會(hui) 造成材料變形，盡管使用的是平均功率為(wei) 28.5 W的亞(ya) 納秒激光器。

03玻璃的激光表麵毛化處理或打標

出乎意料的是，與(yu) 用於(yu) 銅質材料幾乎相同的參數，也可應用於(yu) 無塗層硼矽酸鹽玻璃上下層表麵的打標。這進一步支持了有關(guan) 非線性吸收是由於(yu) 高峰值功率光纖激光器的影響而產(chan) 生的假說。檢查劃片區，可以看到“龜裂”情況非常有限，裂紋<10μm，表麵粗糙度<5μmRa。圖6顯示了低倍鏡下的劃線及非開裂狀況。

低倍鏡下，處理過的銅金屬上的劃線形態