[发明专利]对具有高装饰质量的不锈钢进行激光微加工的方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案是2008年9月26日申请的第12/238,995号美国专利申请案的部分接续申请案。

技术领域

本发明提供一种用以在由不锈钢制成的消费品的激光微加工中维持高装饰精整质量的低成本高效率的方式。

背景技术

大多数消费品需要不锈钢具有持久的装饰精整，所述装饰精整还被赋予上等的性能特性，所述性能特性包含高等级的抗划伤性、易于清洗的属性、抗变色性等。已使用机械方法来制造例如小孔和狭槽等特征，而没有较多地关注对装饰精整造成破坏。随着特征尺寸变得越来越小，引入激光微加工技术。当应用激光微加工技术以在具有持久的装饰精整的不锈钢上产生精密特征时，由于热过程对于激光金属相互作用的性质的缘故，装饰精整可易于因变色而受到破坏且因氧化和热应力而发生分层。直到现在，在强调装饰性能的情况下应用于不锈钢的激光微加工技术仍是一项相对较新的技术，且在此领域中公开的内容很少。

发明内容

本发明的实施例提供多种用以对具有高装饰精整质量表面和相对表面的金属零件进行激光微加工的方法或工艺。一个实施例包含在用激光对所述零件进行微加工之前，向高装饰精整质量表面和/或相对的加工表面施加保护涂层。

在用以对具有高装饰质量表面和相对表面的不锈钢零件进行激光微加工的工艺的另一实施例中，改进包含在用激光对所述零件进行微加工之前向所述表面中的待加工的一者施加保护涂层，且用激光对所述表面进行微加工。所述激光是毫微秒脉冲宽度激光或微秒脉冲宽度激光。保护涂层包括包含铝、铜和不锈钢中的至少一者的金属材料。

当结合附图阅读以下描述时，所属领域的技术人员将容易明白本发明的这些和其它应用的变化和细节。

附图说明

本文的描述参考了附图，其中在若干视图中相同参考标号始终指代相同部分，且在附图中：

图1是具有高质量装饰表面的不锈钢零件和用于对所述零件进行微加工的激光的简化示意图；

图2是具有高质量装饰表面的不锈钢零件、在所述零件的至少一个表面上的保护层以及用于对所述零件进行微加工的激光的简化示意图；

图3是说明本发明的实施例的简化工艺流程图；

图4是在没有本文所教示的保护层的情况下钻有直径为350μm的通孔的500μm厚的不锈钢零件的处理后零件表面的放大图像；以及

图5是在使用本文所教示的保护层的情况下钻有直径为350μm的通孔的500μm厚的不锈钢零件的处理后零件表面的放大图像。

具体实施方式

在使用激光来对具有装饰精整的不锈钢进行微加工时的一个挑战是在所产生的特征周围发生变色，这使得消费品的外观不受欢迎。人们认为变色是由于在激光微加工过程期间发生氧化引起的，所述激光微加工过程使金属表面变得足够热，从而显著增强来自空气中的氧气和氮气对金属表面的氧化或氮化。尽管人们可将待加工的零件放入真空中或放入充满惰性气体的腔室中以将所述零件与氧气或氮气隔离，或者使用脉冲宽度极短的激光(例如ps激光源或fs激光源)以显著限制热过程，但成本可能会很高。这些解决方案还可能会使过程很不方便。

另一个挑战是碎片飞溅物。也就是说，如图1中所展示，当高功率激光22对金属衬底或零件10(在此情况中为不锈钢)进行激光加工时，大量熔融材料10a从处理区域喷出，且沉积在衬底表面16的紧邻处。熔融材料10a是碎片飞溅物，且包括以很高速度移动且/或处于或超过零件10的熔融温度的小颗粒。由于通常需要维持处理表面的装饰质量，所以此碎片飞溅物的存在还可能使所得的消费品的外观不受欢迎。也可使用短脉冲宽度激光来解决此问题，其中材料移除过程较多地通过升华且较少地通过熔融。还可使用上文所提及的真空或辅助气体来防止碎片落回到处理区域上。如所提及，这些解决方案增加了成本且降低了便利性。一种选择是在处理后清洗零件以移除仍然停留在表面上的碎片。然而，这又增加了成本且降低了便利性，且其并不解决变色问题。

本发明的一个实施例提出在金属零件的装饰侧面上施加保护涂层，以在激光微加工过程期间使零件与空气在物理上隔离。还可向零件的相对侧面施加保护涂层以减少碎片和变色。在施加有机保护涂层的情况下，所述有机保护涂层还充当用以通过由于强烈的激光照射引起的碳化和氧化来阻隔/消耗空气中的氧气的牺牲层，即使在低强度下保护涂层对激光束相对较透明，也是如此。