激光打標(biāo)作為一種高精度、永久性的標(biāo)記技術(shù)，在模具行業(yè)應(yīng)用廣泛，用于刻印型號(hào)、日期、二維碼等信息。然而，在實(shí)際操作中，模具（通常由工具鋼、模具鋼等制成）在激光打標(biāo)后出現(xiàn)變色現(xiàn)象，有時(shí)是預(yù)期的彩色標(biāo)記效果，但更多時(shí)候是作為基材的模具本身出現(xiàn)了非預(yù)期的、不均勻的變色，這通常被視為一種外觀缺陷或潛在的性能隱患。究其根本，模具變色是激光與材料相互作用下發(fā)生的一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)的直接體現(xiàn)。其核心原因可以歸結(jié)為以下四個(gè)方面。

一、熱影響與氧化反應(yīng)：最主要的原因

這是導(dǎo)致模具變色的最普遍、最核心的機(jī)制。激光打標(biāo)的本質(zhì)是利用高能量密度的激光束在材料表面進(jìn)行局部照射，使其在極短時(shí)間內(nèi)吸收大量能量并迅速升溫。

1.氧化膜的形成：模具鋼中含有大量的鐵（Fe）、鉻（Cr）、碳（C）等元素。當(dāng)激光照射區(qū)域溫度升高到數(shù)百度甚至上千度時(shí)，空氣中的氧氣會(huì)與這些高溫金屬元素發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，在表面生成一層極薄的氧化膜。這層氧化膜的厚度通常在幾十到幾百納米之間。

2.薄膜干涉顯色原理：這層氧化膜雖然薄，但它覆蓋在金屬基底上。當(dāng)光線照射到其上時(shí)，一部分在氧化膜表面反射，另一部分會(huì)穿透氧化膜在金屬基底表面再次反射。這兩束反射光會(huì)因光程差而產(chǎn)生干涉效應(yīng)。根據(jù)氧化膜厚度不同，會(huì)對(duì)特定波長(zhǎng)的光產(chǎn)生相長(zhǎng)或相消干涉，從而在人眼中呈現(xiàn)出不同的顏色。這類似于水面上油膜呈現(xiàn)出彩虹色的原理。例如，較薄的氧化膜呈藍(lán)色或黃色，中等厚度呈紅色或紫色，更厚的則可能呈深藍(lán)色或灰色。因此，激光打標(biāo)時(shí)通過(guò)精確控制能量和掃描速度，可以控制氧化膜厚度，從而實(shí)現(xiàn)“彩色打標(biāo)”。

然而，當(dāng)這種變色是非預(yù)期、不均勻時(shí)，通常意味著熱輸入失控，導(dǎo)致氧化過(guò)度或不足，形成了雜亂無(wú)章的干涉色，甚至是因溫度過(guò)高而產(chǎn)生的厚重、深色的氧化皮（如深藍(lán)色、灰色或黑色），這通常是過(guò)燒的標(biāo)志。

二、激光工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

激光打標(biāo)的效果對(duì)工藝參數(shù)極為敏感，任何不匹配的設(shè)置都可能導(dǎo)致變色。

1.激光功率過(guò)高：過(guò)高的功率會(huì)使材料表面瞬間吸收過(guò)多能量，導(dǎo)致溫度急劇上升，不僅會(huì)產(chǎn)生過(guò)厚的氧化膜（顏色發(fā)黑），還可能使材料表面達(dá)到熔點(diǎn)，產(chǎn)生微熔甚至汽化，形成粗糙、發(fā)黑的凹坑。

2.掃描速度過(guò)慢：速度太慢意味著激光束在單位面積上的作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，相當(dāng)于對(duì)同一點(diǎn)持續(xù)加熱，熱量大量積累，同樣會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱氧化和材料燒蝕。

3.頻率設(shè)置不匹配：頻率影響激光脈沖的重疊率。頻率過(guò)高，脈沖點(diǎn)重疊過(guò)多，熱量累積效應(yīng)明顯，易導(dǎo)致過(guò)熱；頻率過(guò)低，則可能導(dǎo)致打標(biāo)不連續(xù)，但若為達(dá)到效果而提高功率，又會(huì)間接導(dǎo)致熱輸入過(guò)大。

4.填充間距過(guò)大：在填充圖形時(shí)，線與線之間的間距（hatchspacing）如果設(shè)置過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致掃描線不連續(xù)，為了彌補(bǔ)這種不連續(xù)，操作者往往會(huì)放慢速度或提高功率，這同樣會(huì)引入過(guò)多的熱量。

三、材料本身特性的影響

模具的材質(zhì)和表面狀態(tài)是決定其與激光相互作用結(jié)果的內(nèi)在因素。

1.合金成分：不同型號(hào)的模具鋼所含的合金元素（如Cr,Ni,Mo,V等）比例不同。這些元素各自的氧化特性和生成的氧化物顏色不同（如三氧化二鉻呈綠色，氧化鎳呈黑色），它們共同作用，決定了最終氧化膜的整體顏色。例如，含鉻量高的模具鋼更容易形成致密的氧化鉻層，其顏色可能與其他鋼材有所不同。

2.表面狀態(tài)與熱處理：模具表面的粗糙度、潔凈度以及之前的熱處理狀態(tài)（如淬火、回火）都會(huì)影響其對(duì)激光能量的吸收率和熱傳導(dǎo)性。一個(gè)粗糙、有油污的表面會(huì)比光滑潔凈的表面吸收更多能量，更容易導(dǎo)致局部過(guò)熱和變色。經(jīng)過(guò)不同熱處理的材料，其內(nèi)部殘余應(yīng)力和金相組織不同，對(duì)熱的響應(yīng)也不同。

四、環(huán)境與輔助氣體因素

1.環(huán)境氣氛：如前所述，變色主要源于氧化。如果在打標(biāo)過(guò)程中，能創(chuàng)造一個(gè)無(wú)氧或低氧的環(huán)境（例如使用氮?dú)狻鍤獾缺Ｗo(hù)氣體籠罩打標(biāo)區(qū)域），就可以有效抑制氧化反應(yīng)的發(fā)生，從而得到金屬本色的、無(wú)變色的“冷加工”效果。反之，在潮濕空氣中，水蒸氣也可能參與反應(yīng)，加劇變色。

2.聚焦光斑與透鏡清潔度：激光束聚焦不準(zhǔn)（離焦或欠焦）會(huì)導(dǎo)致能量密度分布不均，中心區(qū)域可能過(guò)熱變色，而邊緣區(qū)域能量不足。光學(xué)透鏡上的污染會(huì)衰減激光能量，為了達(dá)到標(biāo)記效果被迫提高功率，間接導(dǎo)致熱輸入過(guò)大。

總結(jié)與對(duì)策

綜上所述，模具激光打標(biāo)后的變色，是熱輸入與材料、環(huán)境三者共同作用的結(jié)果，其本質(zhì)是高溫下形成的氧化膜對(duì)光的干涉效應(yīng)。

要控制或利用這種變色現(xiàn)象，建議采取以下措施：

優(yōu)化工藝參數(shù)：進(jìn)行嚴(yán)格的工藝試驗(yàn)，找到針對(duì)特定模具材料的最佳功率、速度、頻率和填充間距組合，在保證標(biāo)記清晰度的前提下，盡量采用“高速度、低功率”的原則，以最小化熱輸入。

使用保護(hù)氣體：對(duì)于要求保持金屬本色、無(wú)氧化的應(yīng)用，應(yīng)配備并開(kāi)啟保護(hù)氣體（如氮?dú)猓┭b置。

確保材料表面潔凈：打標(biāo)前，對(duì)模具表面進(jìn)行徹底的清潔，去除油污、水分和雜質(zhì)。

定期維護(hù)設(shè)備：保持激光器、振鏡和聚焦鏡片的清潔與校準(zhǔn)，確保激光輸出穩(wěn)定、光斑質(zhì)量?jī)?yōu)良。

通過(guò)系統(tǒng)地分析和控制這些因素，我們不僅能避免非預(yù)期的變色缺陷，更能主動(dòng)地利用這一現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)精美、耐久的彩色標(biāo)記，提升模具產(chǎn)品的附加值。