专利名称：一种镀层金属件局部激光发黑的加工方法
技术领域：
本发明涉及金属件表面发黑处理技术，具体涉及一种镀层金属件局部激光发黑的加工方法，它特别适合用于光学组件封装时对零件不同区域有不同反射率要求的场合。
背景技术：
随着对红外探测器响应率与探测率要求的不断提高，探测器组件结构设计与封装显得越来越重要。其中抑制杂散光设计是一重要环节，杂散光是光学系统中除了成像光线外，扩散于像面上的其它非成像光线。它包括来自系统外部的辐射源和内部辐射源以及散射表面的非成像光能量。杂散光危害使像面产生明亮背景，降低像面对比度，使整个画面的层次减少，清晰度变坏，严重时会形成杂光斑点。组件内部发黑是消除杂散光的有效方法， 目前发黑方法主要有两类化学发黑或者电镀发黑，其操作都是将整个发黑部件全部浸入化学液或者电解液中整体发黑。但是探测器外壳为了保证冷环境或低放气率等往往需要高反射率的材料。而且，盖板有时还承担着气密封装的任务，最常用的方法是盖板边沿与底座整体焊接，因为微电子器件对高温比较敏感，为了避免焊接点的热量向器件内部的电路及敏感元器件传导，有时也采用镀金或镀镍等手段来降低材料的熔点。为了保证探测器外壳的高反射率和内部的低反射率环境，目前常用的做法是采用两个独立部件，但随着探测器小型化和集成度要求的提高，越来越希望能减少探测器部件，降低探测器重量，因此镀层盖板的局部发黑处理能有效解决这一问题。随着激光技术的发展，激光已在表面处理领域得到了广泛的应用，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术，可在零件表面形成细小均勻、层深可控、颜色各异、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。同时激光工作路径可由计算机程序控制，处理形状、面积不受限制，生产效率高，加工质量稳定可靠，成本低廉。但是目前表面处理多只着重于提高零件表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性等机械性能，在探测器中对盖板、光阑等部件进行发黑应用的很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种镀层金属件局部激光发黑的加工方法，加工过程简单， 操作方便，发黑区域易控，可以有效解决在同一部件上实现不同区域不同反射率的问题。本发明提供的镀层金属件局部激光发黑的加工方法，其特征是它采用下面的步骤步骤1镀层金属件准备，基材选用能在加热条件下生成黑色金属氧化物或黑色金属间化合物的金属，如钢、铁基合金、钛合金等材料，将金属件机加工后，进行整体电镀金、 镍或其他具有较高反射率的金属材料层，为进一步提高反射率，可继续进行抛光处理。步骤2将工件固定于激光加工台上并调至合适位置，用CAD图形软件绘制需要激光发黑的区域形状，设定激光参数选用波长1064nm、光斑直径0. 05mm的红外激光，激光能量为3-10W，离焦量为2-5mm，激光扫描速度为10-600mm/s，激光频率为2000-50000Hz，脉冲宽度为4-40 μ S。之后在计算机控制下启动激光扫描程序，借助高能激光所形成熔池内特殊的物理冶金和化学冶金效应，在空气条件下熔池中反应直接合成黑色氧化物或金属间化合物覆盖层。在激光处理过程中，可根据需要对激光处理部位加喷空气或者采用吸嘴吸气，使激光加工在气流作用下进行，一方面为熔池反应创造条件，另一方面可加快冷却速度，减小金属件受热影响的程度。若一次发黑效果不佳，可改变激光参数或增加发黑次数，以改善发步骤3将局部发黑完成的金属件用酒精擦拭或者超声波清洗，去除因高能量激光造成部分金属直接气化而沉积的松散物质。经过以上步骤后，便可以加工出局部发黑的镀层金属件了。本发明的原理及优点本发明所指的金属件局部发黑形状由计算机程序控制，借助高能激光使熔池内产生特殊的物理冶金和化学冶金效应，因激光束如能量、激光扫描速度、频率、脉冲宽度等激光参数不同熔池内瞬间温度不同，钢、铁基合金、钛合金等在不同温度下淬火冷却或与空气反应将形成颜色差异很大的相体、氧化物或者金属间化合物。控制合适的激光状态，可在空气或其它气体条件下直接合成深色金属间化合物或氧化物覆盖层，从而达到局部发黑的目的。局部激光发黑处理，可根据组件内部结构设置发黑区域，形状、大小不受限制，操作简单灵活；激光控制精确，发黑边界清晰，不影响正常镀层区；生成的黑色金属间化合物或者氧化物结构均勻、致密，发黑效果好，能有效抑制杂散光影响，实现了在同一部件上进行高反射率电镀和低反射率发黑的双重需求，解决了传统镀层处理和发黑处理无法在同一块部件上进行的难题。
图1为具体实施例的剖面图。图2为具体实施例的俯视图。图3为具体实施例一中盖板发黑前后反射率变化曲线。图4为具体实施例二中盖板发黑前后反射率变化曲线。图中符号说明1-1盖板；1-2激光器；1-3喷嘴；1-4焊接边；2_1开孔；2_2发黑区域。
具体实施例方式实施例一一种镀层盖板局部激光发黑的加工方法，其加工过程按如下步骤进行(1)基材选用铁基类可伐合金，先机加工成长宽各15mm、厚度1.5mm带中心开孔 2-1的盖板1-1，如图1、图2，再将焊接边1-4精车至0. 2mm；(2)将盖板整体镀金，镀金层厚度约0. 8 μ m ；(3)将盖板固定于激光加工工作台上，并将需局部发黑区域2-2对准激光器；用 CAD软件描绘出需发黑区域的形状，选用波长为1064nm、光斑直径0. 05mm的红外激光，并设定其他激光参数，分两次扫描，第一次参数为激光能量为5. 2W，扫描线间距0. 05mm,离焦量为3mm，激光扫描速度为600mm/s，激光频率为20000Hz，脉冲宽度为4μ s ；第二次参数为 激光能量为5. 2W，扫描线间距0. 05mm，离焦量为3mm，激光扫描速度为10mm/S，激光频率为 50000Hz，脉冲宽度为40μ s ；(4)先开启空气喷嘴1-3，再由计算机软件控制激光器1-2在需发黑区域逐行扫描发黑，借助高能激光所形成熔池内特殊的物理冶金和化学冶金效应，在空气条件下熔池中反应直接合成铁镍黑色氧化物覆盖层；(5)将发黑完成的盖板放入酒精溶液中，超声清洗10分钟后取出吹干。图3为经过发黑处理与未经过发黑处理的镀金板在不同波长下反射率的比较，可以看出，经过激光发黑以后反射率明显降低。实施例二本实例与前述实例加工步骤大致相同，其不同处在于基料选用不锈钢板，镀镍后抛光处理，并采用一次发黑处理，发黑过程中的参数为激光能量为5W，扫描线间距 0. 05mm，离焦量为5mm，激光扫描速度为20mm/s，激光频率为40000Hz，脉冲宽度为15 μ S。图4为经过发黑处理与未经过发黑处理的镀层钢板在不同波长下反射率的比较。
权利要求
1.一种镀层金属件局部激光发黑的加工方法，其特征在于包括以下步骤①镀层金属件准备对金属件常规机加工和整体电镀处理；②激光处理首先将镀层金属件固定于激光工作台上，由CAD图形处理软件设定发黑区域；再选定合适的激光参数后发黑处理，选用波长1064nm、光斑直径0. 05mm的红外激光，激光能量为3-10W，离焦量为2-5mm，激光扫描速度为10-600mm/s，激光频率为 2000-50000HZ，脉冲宽度为4_40 μ s ；当一次发黑效果不佳时，可增加发黑处理次数，以改善发黑效果；③清洗金属部件局部发黑完成以后需酒精擦拭或酒精超声清洗。
2.根据权利要求1所述的一种镀层金属件局部激光发黑的加工方法，其特征在于所述的金属件材料为能在加热条件下生成黑色金属氧化物或黑色金属间化合物的金属。
全文摘要
本发明公开了一种运用于光学组件封装的经过局部激光发黑处理的镀层金属件的加工方法，该方法依序以如下步骤进行镀层金属件准备-激光处理-清洗。本发明借助高能激光所形成熔池内特殊的物理冶金和化学冶金效应，在空气条件下熔池中反应直接生成黑色氧化物或金属间化合物覆盖层，这种覆盖层可由基材淬火相变或基材与镀层氧化生成。该加工方法可根据组件内部结构设置发黑区域，处理区域受电脑控制，几何形状随意，不仅可以精确控制发黑区域，不影响正常镀层区，而且操作简单灵活，实现了在同一部件上不同区域不同反射率的控制。
文档编号C23C8/10GK102242334SQ20111018807
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者刘大福, 莫德锋 申请人:中国科学院上海技术物理研究所