不锈钢加工需求  激光打标的优势

不锈钢是指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。因具备焊接性、耐热性、耐腐蚀性等特性，不锈钢应用极广泛，其中又因不锈钢便于清水及化学试剂清洗、不易滋生细菌，所以最适用于医院或其它对卫生条件具备特殊要求的领域，如：食品加工、餐饮、酿造、化工等。

在实际使用中，为对不锈钢表面进行信息标识，尤其是黑色标识的需求也非常旺盛。传统喷漆和丝印的方式，长时间使用会脱漆和脱膜；热转印方式标记一段时间后会变色；化学药水蚀刻和钢印标记达不到黑色效果并存在其他问题。激光打标为非接触式加工，对加工材料无损害，具备无毒、高环保、标记内容灵活、永久标记等特点，尤其在医疗器械行业中具备先天优势。

激光黑色标记的耐腐蚀性  皮秒激光 OR 纳秒激光

在医疗器械行业中，耐腐蚀性是一个重要的指标，测试耐腐蚀性的一般操作方法是将镭雕的金属放入一定浓度盐雾环境一定的时间后，取出放大观测镭雕区域的情况，在经过耐腐蚀测试后，可能会出现印记脱落或是激光标记区域生锈的问题。但是通过激光器的选型、工艺参数的调整，可达到激光黑色标记耐腐蚀的最佳效果。

常见的不锈钢呈现为银白色，通过激光标记而着色的不锈钢可保持原有的良好性能，使它的用途更广。在激光打标中，纳秒激光和超快激光打黑原理不同。纳秒激光打标一般生成包括黑色在内的有颜色的氧化物，皮秒激光则是由于生成了纳米结构不反射光形成视觉上的黑色效果。

在不锈钢激光打彩的实际应用中，彩色打标效果调试较难，通过调节频率、脉宽、离焦量等可生成黑色等不同的颜色，在参数设置一定的情况下，随着激光器、振镜和场镜等的更换，呈现出来的颜色也会出现差异。

一般的纳秒激光器打黑标记后生成黑色氧化物层，热效应导致裂纹产生，氧化层具有易脆性，如图1纳秒激光打标样品图，放大显示出氧化层的裂纹状态，这些裂纹使标记在盐雾过程中会褪色或者锈蚀。

图1 纳秒激光打标样品及局部放大图

使用皮秒激光脉冲打标会在表面上留下充足的铬（大约 20 个左右的原子层），将氧化膜替换为铬，从而保持了耐腐蚀性，例如以亚铬酸盐或铬铁尖晶石的形式存在。因此即使经过多次、长时间的腐蚀测试，黑色标记也不会显示出由于腐蚀引起的损伤，并且保持清晰可见；其次，标记完成以后形成精细的、周期性均匀的波纹结构，使用扫描电子显微镜可观测到，这些纳米结构呈最小化，通过“光阱效应”直接反射并散射了光，从而呈现一种哑光黑色。

如图2皮秒激光器黑色打标样品图，放大特写图显示了激光打标结构具有周期、精细、均匀的形态，具有“光阱”特性。

图2 皮秒激光打标样品及局部放大图

纳秒激光器打黑窗口较窄，部分区域打标颜色呈现非黑色效果，盐雾实验前参数组合在300系列不锈钢上打标效果如下图3所示：

图3 纳秒激光器打黑盐雾实验前

在以上盐雾环境下进行盐雾试验2小时后，部分打标区域出现点状腐蚀如图4所示：

皮秒激光器打黑窗口较宽，打黑效果较好，盐雾实验前参数组合在300系列不锈钢上打标效果如图5所示：

图5 皮秒打黑盐雾实验前

皮秒激光打标盐雾实验9小时后，打标区域部分仍然呈现比较好的状态，和盐雾实验前无明细差异，如图6所示：

图6 皮秒激光打黑盐雾实验后

医疗行业不同场景对不同系列的不锈钢都有应用，从测试400系列和600系列打标后盐雾试验测试情况看，400系列和600系列不锈钢材料盐雾后，未打标区域都已经锈迹斑斑，说明两种材料本身的耐腐蚀性能都比较差；通过盐雾试验也可以发现，激光能量输出生成黑色氧化物的区块，耐腐蚀性能优于未打标区域，激光使得不锈钢表面形成氧化膜，保护内部金属不被腐蚀；为了提高400和600系列不锈钢材料本身的耐腐蚀性，一般需经过真空失效热处理→达到要求硬度→酸洗去氧化皮→磨平表面处理至规定Ra→清洗→喷砂→钝化等一系列处理后使材料本体实现耐腐蚀；200系列和300系列不锈钢本体耐腐蚀性能较佳，一般不做前处理可直接进行激光标记。

医疗器械“智造”之解  皮秒脉冲激光标记技术

自美国和欧盟引入了 UDI（Unique Device Identification）标准，医疗行业在其产品可追溯性方面面临更高的要求。对于医疗行业外科医用不锈钢材料而言，这意味着要创建清晰易读而且耐腐蚀的标记，这种标记最好呈现黑色效果，标记完成后即使经过多次清洁与消毒循环之后也可以在后续的日常临床工作中保持其高质量水平。

由上面实验可以看出，使用皮秒脉冲激光进行黑色标记非常适合加工黑色哑光、耐腐蚀的标记，这种标记将在临床使用中长时间保持稳定清晰。

皮秒激光在医疗手术钳上和消融针上打黑色标记如图7所示：

图7 皮秒激光在医疗器械上的黑色标记

在不锈钢黑色标记要求较高且工艺窗口需求较大的应用场景中，激光工艺已逐步取代传统标记工艺，为取得更好的质量保证，在多种条件测试下，使用皮秒脉冲激光进行不锈钢表面黑色标记是目前市场上的较佳选择，UDI标识虽已经是较成熟的应用，但在需求不断提升的未来，相信激光技术凭借其特殊性能和高效性将在医疗行业中有着更广泛的发展应用。

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