Zlato je na bežných laserových vlnových dĺžkach (IR, ~1064 nm) mimoriadne reflexné, jeho odrazivosť sa blíži 100%. Vláknové lasery tak majú v zlatej vrstve relatívne nízku absorpciu a proces značenia vyžaduje veľmi vysoký výkon alebo zníženú rýchlosť skenovania. oveľa lepšie zlato pohlcuje zelené (532 nm) a UV lasery (355 nm).
Najmä UV lasery dokážu zlato značiť bez poškodenia tenkej vrstvy aj na vysoko reflexných povrchoch. Zároveň má zlato vysokú tepelnú vodivosť (~318 W/mK), takže sa teplo rýchlo rozptyľuje do okolia a na dosiahnutie požadovanej teploty je potrebná intenzívnejšia energia.
Rýdze zlato (24 K) je veľmi mäkké, zliatiny (14–18 K) obsahujú meď, striebro či nikel. Ťažšie zliatiny sú tvrdšie a možno na ne pôsobiť agresívnejšie, no môžu mať odlišné spektrálne vlastnosti. Rôzne zliatiny môžu vytvárať odlišné farebné odozvy, napr. prímes medi v ružovom zlate umožňuje tvorbu oxidov, ktoré zvyšujú kontrast značenia. Bielé zlato často nesie vrstvu ródia, ktorú možno pri laserovom značení odstrániť alebo poškodiť, preto je potrebné prispôsobiť parametre alebo povrchovú predúpravu.
Pri značení technických dielov, napr. konektorov, na ktorých sa zlato vyskytuje len v tenkej vrstve, možno laserovým lúčom túto vrstvu selektívne odstrániť. Na druhej strane je nutné zabrániť poškodeniu tenkej zlatej vrstvy na elektronike alebo šperkoch, čo by znížilo ich lesk.
Celkovo je značenie zlata citlivé na nastavenie. Vzhľadom na jeho vysokú cenu je nežiaduce realizovať značiaci proces vo veľkých hĺbkach, aby nevznikal zbytočný odpad.
Metódy laserového značenia
Hlavnou metódou pri laserovom značení zlata je gravírovanie, teda fyzické odstraňovanie materiálu. Vzhľadom na mäkkosť zlata sa pri gravírovaní často tvorí jemný kovový prach a mení sa tepelná štruktúra. Často sa používa viac priechodov; pri hĺbkovom gravírovaní tenkej zlatej fólie (do ~0,5 mm) môže byť potrebných 5–20 priechodov.
Kontrastné značenie zlata možno získať aj laserovým žíhaním. Pri zlate nejde o oxidáciu v pravom zmysle slova, ale o tepelné ovplyvnenie povrchu, ktoré vedie k tmavším či hnedým odtieňom, podobne ako pri čiernom alebo bielom značení na oceli. Samotné zlato nevytvára trvalé čierne oxidy ako oceľ, takže výsledný efekt je skôr sivý až tmavohnedý a má skôr grafitový vzhľad.
Ďalšou metódou, ktorá sa využíva najmä pri šperkoch, je farebné značenie ultrakrátkymi pulzmi. Pri ps/fs laserov dochádza k veľmi rýchlej interakcii, keď tzv. studené značenie môže na kove vytvárať tenké viacfarebné vrstvy na báze interferencie jemných oxidov alebo štruktúrovania povrchu. Na zlate tak možno dosiahnuť rôzne farebné efekty.
Výhodou ps/fs značenia je minimálna tepelná deformácia a možnosť extrémne jemných prvkov, ako sú mikrotexty či QR kódy. Nevýhodou je vyššia cena zariadenia, nutnosť presného zaostrenia a zvyčajne nižší výkon, a teda dlhší čas spracovania pri väčších plochách.
Vhodný typ laseru
Na značenie zlata sa najčastejšie používajú dlhovlnné vláknové lasery a zelené/UV lasery, vhodné sú aj modré lasery:
-
Vláknové lasery (~1064 nm) poskytujú vysoký výkon v desiatkach wattov a rýchle skenovanie, takže zvládnu hlbšie gravírovanie alebo rýchle sériové značenie. Ich nevýhodou je slabá absorpcia zlata. Aby došlo k efektívnemu odpareniu, je potrebné lúč spomaliť alebo zvýšiť výkon. MOPA vláknové lasery umožňujú nastavovať šírku pulzu, čo je pre zlato ideálne. Krátke pulzy (ns) minimalizujú tepelné poškodenie a často umožnia jemné sivasté značenie, zatiaľ čo dlhšie pulzy (µs) povrch skôr „temperujú“ do tmavšieho odtieňa.
-
Zelené lasery (~532 nm) majú výhodu niekoľkonásobne vyššej absorpcie v zlate. To znamená ostrejšiu značku a plytšiu tepelnou ovplyvnenú zónu. Zelené lasery sú obľúbené v elektrotechnike, kde sa vďaka lepšej absorpcii efektívne značia zlaté elektródy. Medzi nevýhody zelených laserov patrí zvyčajne menší výkon a vyššie prevádzkové náklady v porovnaní s vláknovými systémami..
-
Modré lasery (~445 nm) sa pri značení zlata uplatňujú ako veľmi perspektívna technológia vďaka vysokej absorpcii, ktorá zaisťuje vynikajúcu stabilitu procesu. Hoci sú vhodné na kontrastné značenie a hlbšie gravírovanie, v oblasti mikroznačenia s najvyšším rozlíšením stále dominujú zelené a UV systémy vďaka svojej lepšej kvalite zväzku a menšiemu priemeru ohniska. Limitujúcim faktorom je tiež nižšia dostupnosť priemyselných popisovacích systémov s modrými lasermi a vyššia obstarávacia cena.
-
UV lasery (~355 nm) ponúkajú najkratšiu vlnovú dĺžku a „studené značenie“. Majú veľmi malý ohniskový bod a vysokú absorpciu vo väčšine kovov, vrátane zlata, a sú vhodné na značenie jemných šperkov alebo tenkých povrchových vrstiev. Bez problémov značia aj vysoko reflexné zlato. Nevýhodou UV laserov je typicky malý výkon, a teda nižšia rýchlosť značenia, ako aj vyššia obstarávacia cena.
Doporučené parametre
Pri laserovom značení zlata je kľúčové doladiť nastavenia tak, aby sa dosiahol požadovaný kontrast alebo hĺbka značenia pri minimálnom tavení a rozlievaní materiálu. Parametre sa volia podľa typu zlata (rýdzosť, zliatina) a požadovaného výsledku (povrchové značenie vs. gravírovanie).
Pri technickom značení tenkých zlatých vrstiev, napr. pozlátených konektorov, sa typicky používa vláknový laser s výkonom 20–50 W, frekvenciou 50–100 kHz, rýchlosťou skenovania 500–1000 mm/s a 1–2 priechodmi. Týmto nastavením možno odpariť vrstvu zlata v ráde 5–10 µm bez výrazného ovplyvnenia podkladového materiálu.
Pre jemné povrchové značenie zlatých šperkov sa volí nižšia hustota energie: výkon približne 8–12 W, rýchlosť 1200–1800 mm/s, frekvencia okolo 30–40 kHz a 2 priechody. Cieľom je vytvoriť hladkú sivú stopu s minimálnym natavením zliatiny.
Pre hlbšie gravírovanie tvrdších zliatin, ako je napr. 18K zlato, sú typické parametre: výkon 12–18 W, rýchlosť 600–800 mm/s, frekvencia 15–25 kHz a 2–3 priechody. So zvyšujúcou sa hĺbkou značenia sa zvyčajne znižuje rýchlosť a frekvencia a zvyšuje počet priechodov.
Presné hodnoty sa líšia podľa konkrétnej zliatiny a zariadenia a vždy je vhodné najskôr vykonať testy značenia.