Hořčík a jeho průmyslové slitiny, jako jsou AZ31 nebo AZ91, představují specifickou skupinu materiálů s vysokou reaktivitou a unikátními požadavky na bezpečnost procesu.
Hlavními výzvami při laserovém značení jsou extrémní hořlavost vznikajícího prachu a náchylnost k nekontrolované oxidaci. Hořčíkový prach a třísky se mohou vznítit již při teplotách kolem 650 °C, což vyžaduje precizní management tepelného příkonu a použití inertní atmosféry.
Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti (~160 W/m·K) hořčík rychle odvádí energii z místa dopadu, což může u běžných laserů vést k rozostření hran značení nebo k nežádoucímu přehřátí dílu.
Slitiny hořčíku často obsahují volatilní příměsi (např. zinek s bodem varu 907 °C), které se při laserovém procesu odpařují dříve než samotný hořčík, což může vést k mikroskopickým změnám ve struktuře povrchu.
K dosažení stabilního výsledku je nutné pracovat v ochranné atmosféře argonu, který vytlačuje kyslík, brání vznícení a zajišťuje čistotu oxidačních procesů nezbytných pro vysoký kontrast.
Další specifikum představuje toxicita uvolňovaných výparů (oxid hořečnatý) a riziko exploze prachu v odsávacím traktu. Průmyslové systémy musí být vybaveny filtrací třídy ST2 určenou pro hořlavé prachy.
Před značením je nutné povrch zbavit mastnoty a prachu, protože nečistoty mohou pod laserovým paprskem iniciovat hoření. Pracovní prostor je nutné udržovat bez usazeného prachu, aby se eliminovalo riziko sekundárního výbuchu.
Metody laserového značení
Pro značení hořčíku se využívají především pulsní procesy s vysokou frekvencí, které omezují akumulaci tepla v materiálu. Mezi hlavní metody patří:
Laserové žíhání: Laser v inertní atmosféře vyvolá kontrolovanou reakci povrchu, která vytvoří černé značení na světlém pozadí nativního kovu. Tato metoda je nejbezpečnější, protože generuje minimum pevných částic a zachovává integritu povrchu bez výrazného úběru materiálu.
Laserové gravírování: Při vyšších výkonech dochází k přímé ablaci kovu do hloubky cca 0,05–0,5 mm. Tato metoda vytváří trvalý reliéf vhodný pro odlitky v automotive, vyžaduje však extrémně výkonné odsávání a přesné řízení pulsů, aby se zabránilo vznícení odpařeného materiálu.
Laserové matování: Laser s vysokou frekvencí vytvoří na povrchu hořčíku jemnou mikro-texturu, která mění odrazivost materiálu. Tato metoda se využívá buď k přímému značení nebo k vytvoření světlého podkladu pro následné značení tmavých 2D kódů nebo log. Zajišťuje se tím maximální čitelnost pro průmyslové skenery i na lesklých či nerovných odlitcích
Vhodný typ laseru
Výběr laseru pro hořčík je kriticky závislý na schopnosti zdroje dodávat energii v krátkých, vysoce intenzivních impulzech:
- Vláknové lasery (1064 nm) jsou v průmyslu nejpoužívanější volbou pro značení hořčíku. Nabízejí optimální absorpci a dostatečný výkon pro rychlé značení velkých odlitků. Výhodou je zde technologie MOPA, protože umožňuje nastavit velmi krátké pulzy v řádu ns, čímž minimalizuje tepelně ovlivněnou zónu (HAZ) a drasticky snižuje riziko vznícení dílu.
- Ultrafialové lasery (355 nm) představují nejbezpečnější variantu díky tzv. „studenému značení“. Fotochemický proces rozrušuje vazby bez výrazného ohřevu, což je ideální pro tenkostěnné hořčíkové kryty elektroniky. Nevýhodou UV laserů je vysoká cena a nižší rychlost značení u rozměrnějších dílů.
Ostatní typy laserů
- Zelené lasery (532 nm) se pro hořčík využívají zřídka. Ačkoliv mají malý průměr ohniska, jejich absorpce v hořčíku není tak efektivní jako u vláknových systémů a investiční náklady jsou vyšší.
- Modré diodové lasery (450 nm) vykazují u hořčíku dobrou absorpci, což umožňuje stabilní proces i při nižších špičkových výkonech. V průmyslu se však častěji prosazují u svařování hořčíkových slitin než u precizního popisu, kde stále dominují vláknové zdroje.
- CO₂ lasery (10,6 μm) jsou pro přímé značení holého hořčíku zcela nevhodné. Kov odráží většinu energie této vlnové délky, což vede k neefektivnímu procesu a riziku poškození optiky zpětným odrazem.
Doporučené parametry
Při značení hořčíku se uplatňuje strategie vysoké frekvence a rychlého pohybu paprsku, aby se zabránilo lokálnímu přehřátí materiálu nad zápalnou teplotu. Typická nastavení vláknového laseru mohou vypadat takto:
- Výkon: Při gravírování hořčíku vláknovým laserem se využívá výkon v rozmezí 35–60 W, při povrchovém matování pak 12–25 W. Nadměrný výkon zvyšuje produkci nebezpečného prachu a riziko vznícení. U UV laserů se pro stejné úlohy používají výkony výrazně nižší, typicky v rozmezí 1–5 W, díky extrémně vysoké absorpci UV záření v hořčíku.
- Rychlost skenování: Doporučují se vyšší rychlosti v rozmezí 300–600 mm/s. Rychlý pohyb paprsku zajišťuje, že teplo nepronikne hluboko do materiálu a nezpůsobí deformaci nebo tavení okrajů značení.
- Frekvence pulzů: Volí se vysoká, typicky v rozmezí 50–100 kHz. Vysoká frekvence s krátkým trváním pulzu je klíčová pro bezpečnost procesu a kvalitu oxidační vrstvy.
- Délka pulzu (MOPA): Optimální hodnoty se pohybují mezi 10–50 ns. Krátké pulzy omezují velikost tepelně ovlivněné zóny (HAZ), což je kritické pro zachování korozní odolnosti hořčíkových slitin.
- Počet průchodů: Pro kontrastní popis postačuje 1 průchod. U hlubokého gravírování je lepší použít více průchodů (3–5) s nižším výkonem než jeden průchod s extrémní energií, aby se předešlo kumulaci tepla.
- Atmosféra a odsávání: Průtok argonu by měl být nastaven tak, aby spolehlivě pokryl celou značenou plochu. Odsávání musí být v provozu po celou dobu značení a ještě krátkou dobu po něm, aby došlo k úplnému odvedení zplodin.