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1、阳极氧化铝打黑处理分析报告文档版本V1.0发布日期2014-6-16作者隹燕星八、八、一审核人保密等级一般文档编号测试项目一，阳极氧化铝打黑处理分析报告1、市场简介2、测试结果分析3、实验过程数据记录及其猜想测试项目一，阳极氧化铝打黑处理测试报告本工艺测试主要目的是确认短脉宽对现有市场上苹果阳极氧化铝打黑是否能够达到 要求阳极氧化铝测试测试项目阳极氧化铝打黑处理测试测试平台国神Y09-N04激光器（G006型号）测试内容通过在所购买的阳极化铝和所带来的阳极氧化铝做测试测试人隹燕星/T、八、测试时间2014.5.1-2014.6.160、市场及其技术发展状况 在市场上由于苹果所采用的阳极氧化铝外
2、壳的技术，从而导致很多手机公司也大量采用该技术。 但是现有的该技术存在效率上的一个问题，因此还没有大量普及。但是一旦该技术在效率上和效果上 达到要求那么，市场的量会很大。在该应用市场上ESI激光器研究的较为深透，同时也达到较好的要 求，他们在该应用上的研究已经很久。现有的苹果要求指标在提高，由原本的L=28即可达到要求， 然后到现在要求的L28。经过大族测试，相干的皮秒5ps可以达到L=24，B=0.01。但是存在效率上 问题，就如我们上次所测试的P03,需要经过很久才能在一个3*3mm的小方块内才会出现较黑的黑度。 由于现有仪器的测试方面并没有该设备，因此也很难判定是否达到L28。1、过程分
3、析：1 . 1选用实验材料我们用两种不同种材料来做测试，由于表面处理从而导致的氧化膜层不一样，用A来代表苹果材 料，用B来代表自己购买的阳极氧化铝材料。通过实验数据得出两种膜层，A的氧化物膜层厚B的 氧化物膜层厚度，用肉眼观察两种材料相差不大。图一 A材料表面形貌 10X图二 B材料表面形貌10X由图一和图二作对比观察，发现苹果材料表面粗糙度较小。从而实验中我们所做的实验，两者的 打黑参数不一样是可以从这里分析得到。A材料需要更高的峰值功率和单脉冲能量。1.2 所用颜色理论图三A材料打标地方与非打标地方区别由图可以观察，打黑的地方跟未打标地方没有多大区别。通过颜色定义分析，黑色的物体产生的 原
4、因是：由于其物质吸收可见光波段，因此肉眼看不到光从而呈现为黑色。那么形成黑色的三个猜想： 1、氧化物膜层；2、无色薄膜干涉；3、纳米效应。那么对于被阳极氧化后的铝材来说，它的氧化物 为白色而并不是黑色，因此氧化产物导致的黑色理论不能支持，并且我们通过显微镜观察表面并没有 损伤，也就说表面氧化物层未损伤。用干涉理论来分析，由于表面形成一层有一定厚度的氧化物层， 从而形成干涉。但是干涉的结果是可见光，因此干涉理论不足以支撑。那么经过查找资料发现，纳米 效应或许可以解析该现象。由于可见光的波长为 400nm-700nm 之间，而当物质颗粒粒径大小为 10nmT00nm就会使得比表面积远远增大，从而导
5、致表面原子呈现活性，最终使得物质对光的吸收性加 大。那么经过测试发现该纳米效应很符合实验结果。1.3A、B材料测试分析B材料测试在打标测试过程中，所用的有四种机型,a为P03、b为10w,5M,50ps、c为10w,1M,50ps、 d为800ps,10w,500KHz、e为亚纳秒激光器。在所有的测试B材料过程中，a需要很长的时间才能打 黑，而其峰值功率为300Kw。发现b效果需要到满功率才可以达到黑度，峰值功率最大为40Kw。c在 峰值功率为40Kw的时候可以达到黑度。d要达到黑度的时候为20Kw。e只需要8Kw就可以达到。但是 这些黑度用肉眼观察都是类似，通过肉眼并不能分辨出他们黑度哪个更
6、黑，因此不好做评判。而在A材料上对应的峰值功率都需要高一倍，如50ps需要80Kw，亚纳秒激光器在1ns需20Kw 即可。在所用的参数上，有两种参数方式：1、短脉宽、高频低速、较密集填充 2、短脉宽、高频 高速、超密集填充。这两种方式所得到的结果都可以清楚看到。分析这两种参数都可以得出一个结论： 就是焦斑的间隔应该很小。而且在高频低速时的参数为：100mm/s、400KHz、填充为0,0.01;90,0.01, 高频高速的参数为：2000mm/s、400KHz、填充为 0,0.001;90,0.001、45,0.001;135,0.001。这样分析 来前者参数焦斑间隔为250nm，线间距10u
7、m，而焦斑的直径为80um左右，第二种参数的焦斑为5um, 线间距1um。从数据中可以看出，激光作用在物质表面都需要热量积累。本质上是一个光热反应从而 导致表面氧化层的颗粒状态改变。由于没有测试仪器，因此对于判断脉宽越小，效果越好并不能成立。 从实验结果是只要脉宽在2ns以下，都能达到较好的要求。但是用白色强光来照射，还是有一定差距， 发现800ps、1ns、2ns的脉宽时，其中黑度效果越来越差。因此还是能够猜测，脉宽的减小是能够 影响效果。但是相对来说，50ps跟800ps的效果也差别不大。在价格定位来说，可以定位为500ps就 可以了，因为效果差别不大。那么如果作用在A材料上500ps所要
8、做的峰值功率就需要超过20Kw,估 计要达到50Kw就可以。如果是10w那么需要400KHz，如果要提速那么20w，800Kw即可。1.4效果上的改善。1、提高光束质量，由于是要形成纳米颗粒状态，那么热量的集中更好导致表面形成大小不均匀 的颗粒状。2、实验过程数据记录及其猜想一部分：B材料测试机型-1 所测的数据电流： 2.5A， 实际最终输出功率为 2w。2A,实际最终输出功率为1.3w。与P03作比较。（与直接从隔离器测并未出现损耗。即经过透镜不出现损耗）机型-1： 50ps, 5MHz机型-2： 50ps, 1MHz用 1.3w 的功率输出在表面作用十分钟,与之前 P03 作比较,观察其
9、黑度变化。平均功率相同, 但是P03的单脉冲为15uJ、峰值功率150KW，而机型-2为1.5uJ、峰值功率30Kw。而机型-1为最大都 为40Kw。1000mm/s,填充为0.01mm。黑度达到不到P03的效果。用2.5A电流，机型-2输出功率为2w与机型-1的10w作对比。需要40遍才能打到接近该值得最 黑度。而在这之前都呈现浅黄色。参数为1000mm/s，填充0.01mm。10-80遍逐渐变得越来越深。而 他们改变的可能就是焦斑位置从而导致其叠加。而不是能量叠加的影响。 因此，尝试用 500mm/s,40 次看是否能达到 1000mm/s 相同效果。 实验结果表明两个效果差别很细微。因此
10、，可以验证，其需 要的是一种氧化膜的粗糙度，而且其粗糙度需要达到纳米级别。而且经过显微镜20X观察，氧化膜深 度较黑的为 170-86=84深度。0,0.01;90,0.01.在能够达到本身最大黑度一次完成的状态下的值 打一个2*2mm正方形3A 100mm/s。8.5s 最佳最终输出功率为2.63w单脉冲2.63uJ，峰值功率41.2Kw4A 250mm/s3.4s 最终输出功率为3.97w 单脉冲3.97uJ，峰值功率80Kw4.5A 以上未能达到结论：3A对于4A来说黑度更深。测试一块打标之前和打标之后，氧化膜的厚度的变化。自己所买的材料上测试。20X 镜头观察下未达标之前：158um-
11、130um=20um打标之后： 170um-126um=44um有四种机型，a. P03b.机型-1c.机型-2d.纳秒机器P03打标状态是1.5w, 100KHz, 50ps。得出单脉冲能量为15uJ，峰值功率300Kw。需要大约15min 分钟后才会变黑。机型-1在1.5w状态，即电流2A的时候，功率为1.47w。5MHz, 50ps。得到单脉冲能量为0.3uJ, 峰值功率6Kw。所以在打标中出现氧化膜表面没有损伤，因此无论打多久都不能达到黑度，只会呈现 黄色。而需要7.5A（9.67w）时才会出现较黑值,而该状态峰值功率为40Kw,单脉冲能量为2uJ。机型-2在1.5w状态时为2A, 1
12、MHz, 50ps。而该状态下单脉冲能量为1.5uJ,峰值功率为30Kw。 经过10min钟的打标并未有较黑的色度出现。而当为2.5A时，即功率输出为2w时，脉冲能量2uJ, 峰值功率为40Kw。打标500mm/s,0.01单次填充状态下，打40遍即黑度已经较深。而在 3A 时, 100mm/s, 2.67w, 0,0.01;90,0.01, 1MHz 可以出现较黑的黑度。而该条件下,单脉 冲为2.67uJ，峰值功率为41.3KW。但是当4.5A时，出现一遍较模糊，第二遍出现氧化膜烧坏。即4w 以上不能达到会出现损伤。纳秒机器 G0062ns, 100mm/s, 42%, 400KHz。单次填
13、充0.01mm,该值功率为3.5w。则单脉冲能量为8.75uJ, 峰值功率为4.37KW。这个状态下打一次，就可以出现较黑的黑度。超过3.5w或者小于3.5w都没有那 么黑。总结打黑处理在自己买的阳极氧化铝材料需要的峰值功率随着脉宽的越小峰值功率要求越高。而 在所实验的材料上对于这四种激光器所达到的黑度,总体来说差别不大。但是,在一次达到要求的状 况下。机型-1 的效率更高,其重频为 5M。而且对于峰值功率变大,在实验结果分析来看,该材料黑度值并没有出现太大的改变。因此可以 猜测峰值功率只需要在一定范围以上。或者说是现在所实验的材料对于这种峰值功率变化不明显,就 如这种材料来说,表面跟苹果材料
14、还是有区别,苹果材料做过类似电化学抛光处理,使得表面膜层看 起来较光滑。同样经过上面分析：其中需要达到的焦斑间距是需要根据脉冲频率大小来调节。而焦斑间距是受 振镜速度来控制的。当速度太快,导致内部脉冲点较小,使得颜色呈现黄色。 但是当太小,达到一 定的能量累积会出现烧坏。二部分： A 材料测试 猜测：苹果材料打黑需要更高的峰值功率。以下为在苹果材料上打标测试,并验证苹果材料上的 测试。当用机型-2,4A电流即4w,100mm/s,在苹果材料上测试可得到相近的黑度值,单脉冲能量为4uJ, 峰值功率80Kw。同时电流相应减少和加大颜色都会变黄。因此可以得出苹果材料的峰值功率为80Kw 左右。但是需
15、要在这个状态下微调峰值功率,就可以达到更好的效果。机型-1 测试当电流为3A,即功率为2.9w。与机型-2平均功率、脉宽一样。但是重频不一样，则出现表面黑 度打标很久都没出现黑度，这个状态下脉冲能量为0.6uJ,峰值功率为12Kw。说明峰值功率和脉冲能 量都未达到材料的阈值。用7.5A的电流，即功率为10w,那么单脉冲能量为2uJ，峰值功率40K。与上面的机型-2，单脉 冲能量为2uJ，峰值功率40K的，脉宽为50ps的同等条件下（即0, 0.01； 90, 0.01, 100mm/s，或者0， 0.01； 90,0.01,500mm/s发现颜色差异较大。说明，能量密度影响还是蛮大。100mm
16、/s比500mm/s深。G006在苹果上打黑参数1ns，100mm/s，51%，400KHz，填充为，轮廓0, 0.01; 90,0.01。会出 现最黑的地方。经过功率计观察实际输出功率为3.5w附近，脉冲能量为8.75uJ,峰值功率为8.75KW。 然后提速处理，1ns, 200mm/s, 78%, 800K,功率计实测为7w左右。结论是可以达到要求但是需要 经过微调。说明，这种方式提速是有效果的，同时如果用100 m m/s ，那么会出现氧化膜烧坏。经过计算，都可以得出一个结论，短脉宽需要的峰值功率要大，越短的时候越需要高峰值功率， 然后长脉宽只需要不是很大的峰值功率。如G006, 1ns时为8Kw就可以达
