Zlato je na běžných laserových vlnových délkách (IR, ~1064 nm) extrémně reflexní, jeho odrazivost se blíží 100 %. Vláknové lasery tak mají ve zlaté vrstvě relativně nízkou absorpci, a proces značení vyžaduje velmi vysoký výkon nebo sníženou rychlost skenování. Mnohem lépe zlato pohlcuje zelené (532 nm) a UV lasery (355 nm).
Zejména UV lasery dokážou zlato značit bez poškození tenké vrstvy i na vysoce reflexních površích. Zároveň má zlato vysokou tepelnou vodivost (~318 W/mK), takže se teplo rychle rozptyluje do okolí a pro dosažení potřebné teploty je zapotřebí intenzivnější energie.
Čisté zlato (24K) je velmi měkké, slitiny (14–18K) obsahují měď, stříbro či nikl. Těžší slitiny jsou tvrdší a lze na ně působit agresivněji, ale mohou mít odlišné spektrální vlastnosti. Různé slitiny mohou také vytvářet odlišné barevné odezvy, např. příměs mědi v růžovém zlatě umožňuje tvorbu oxidů, které zvyšují kontrast značení. Bílé zlato často nese vrstvu rhodia, kterou se při laserovém značení může odstranit či poškodit, takže je nutné přizpůsobit parametry nebo povrchový předúpravy.
Při značení technických dílů, např. konektorů, na kterých se zlato vyskytuje jen v tenké vrstvě, lze laserovým paprskem tuto vrstvu selektivně odstranit. Na druhou stranu je nutné zabránit poškození tenké zlaté vrstvy na elektronice nebo špercích, což by snížilo jejich lesk.
Celkově je značení zlata citlivé na nastavení. Vzhledem k jeho vysoké ceně je nežádoucí značící proces provádět ve vysokých hloubkách, aby nevznikal zbytečný odpad.
Metody laserového značení
Hlavními metodami při laserovém značení zlata je gravírování, tedy fyzické odstranění materiálu. Kvůli měkkosti zlata se při gravírování často tvoří jemný kovový prach a mění se tepelná struktura. Často se používá více průchodů, například při hloubkovém gravírování tenké zlaté fólie (do ~0,5 mm) může být zapotřebí 5–20 průchodů.
Kontrastní značení zlata lze získat i laserovým žíháním.U zlata nejde o oxidaci v pravém smyslu, ale o tepelné ovlivnění povrchu, které vede k tmavším či hnědým odstínům, podobně jako u černých nebo bílých značení na oceli. Zlato samotné netvoří trvalé černé oxidy jako ocel, takže výsledný efekt je spíše šedý až tmavě hnědý a má spíše grafitový vzhled.
Další metodou, která se využívá zejména u šperků, je barevné značení ultrakrátkými pulsy. U ps/fs laserů dochází k velmi rychlé interakci, kdy tzv. studené značení může na kovu vytvářet tenké vícebarevné vrstvy na bázi interference nepatrných oxidů či strukturování povrchu. Na zlatě tak lze dosáhnout různých barevných efektů.
Výhodou ps/fs značení je minimální tepelná deformace a možnost extrémně jemných prvků jako jsou mikrotexty či QR kódy. Nevýhodou je vyšší cena zařízení, nutnost přesného ostření a obvykle menší výkon, a tedy vyšší doba zpracování u větších ploch.
Vhodný typ laseru
Ke značení zlata se nejčastěji používají dlouhovlnné vláknové lasery a zelené/UV lasery, vhodné jsou i modré lasery:
-
Vláknové lasery (~1064 nm) poskytují vysoký výkon v desítkách wattů a rychlé skenování, proto zvládnou hlubší gravírování nebo rychlé sériové značení. Jejich nevýhodou je slabá absorpce zlatem. Aby došlo k efektivnímu odpaření, paprsek je třeba zpomalit nebo zvýšit výkon. MOPA vláknové lasery umožňují nastavovat šířku pulsu, což je pro zlato ideální. Krátké pulsy (ns) minimalizují tepelné poškození a často umožní jemné šedavé značení, zatímco delší pulsy (μs) povrch spíše temperují na tmavší barvu.
-
Zelené lasery (532 nm) mají výhodu několikanásobně vyšší absorpce ve zlatě. To znamená ostřejší značku a méně hluboké tepelně ovlivněné zóny. Zelená barva bývá populární v elektrotechnice, kde se díky lepší absorpci efektivně značí zlaté elektrody. Zelené lasery jsou také vhodné ke značení šperků. Mezi nevýhody zelených laserů patří obvykle menší výkon, vyšší cena a menší odolnost v průmyslovém prostředí oproti vláknovým systémům.
-
Modré lasery (~445 nm) se při značení zlata uplatňují jako velmi perspektivní technologie díky vysoké absorpci, která zajišťuje vynikající stabilitu procesu. Ačkoliv jsou vhodné pro kontrastní značení a hlubší gravírování, v oblasti mikroznačení s nejvyšším rozlišením stále dominují zelené a UV systémy díky své lepší kvalitě svazku a menšímu průměru ohniska Limitujícím faktorem je tak0 nižší dostupnost průmyslových značicích systémů s modrými lasery a vyšší pořizovací cena.
-
UV lasery (~355 nm) nabízejí nejkratší vlnovou délku a „studené značení“. Mají velmi malý ohniskový bod a vysokou absorpci ve většině kovů, včetně zlata. UV lasery jsou vhodné ke značení jemných šperků nebo tenkých povrchových vrstev. Bez problémů značí i vysoce reflexní zlato. Nevýhodou UV laserů je typicky malý výkon a tudíž i nižší rychlost značení, a vyšší pořizovací cena.
Doporučené parametry
Při značení zlata laserem je klíčové vyladit nastavení, které umožní dosáhnout požadovaného kontrastu nebo hloubky značení při minimalizaci tavení a rozlivu materiálu. Parametry se volí podle typu zlata (ryzost, slitina) a požadovaného výsledku (povrchové značení vs. gravírování).
Pro technické značení tenkých zlatých vrstev, např. pozlacených konektorů, se typicky používá vláknový laser o výkonu 20–50 W, frekvence 50–100 kHz, rychlost skenování 500–1000 mm/s a 1–2 průchody. Tímto nastavením lze odpařit vrstvu zlata v řádu 5–10 µm bez významného ovlivnění podkladového materiálu.
Pro jemné povrchové značení zlatých šperků se volí nižší hustota energie: výkon přibližně 8–12 W, rychlost 1200–1800 mm/s, frekvence kolem 30–40 kHz a 2 průchody. Cílem je vytvořit hladkou šedou stopu s minimálním natavením slitiny.
Pro hlubší gravírování tvrdších slitin, jako je např. 18K zlato, jsou typické parametry: výkon 12–18 W, rychlost 600–800 mm/s, frekvence 15–25 kHz a 2–3 průchody. Se zvyšující se hloubkou značení se obvykle snižuje rychlost a frekvence a zvyšuje počet průchodů.
Přesné hodnoty se liší podle konkrétní slitiny a zařízení a vždy je vhodné nejdříve provést testy značení.