Уже долгое время занимаюсь лазерной гравировкой и маркировкой на оптоволоконном лазере.
Все это время помимо выполнения основных задач и работ, связанных с обменом моей продукции на чужие денежные купюры, передо мной стояла важная задача (которую я сам себе и поставил) - сделать коррозионностойкую гравировку/маркировку на дешевой нержавеющей стали AISI 430 (12Х17).
Поиски в этом направлении не приводили к практическим результатам. Долгое время все оставалось только в теории: В AISI 430 (12Х17) единственным легирующим элементом, придающим стали коррозионную стойкость является Хром (Cr). При лазерной гравировке стальной сплав разрушается, а при маркировке на его поверхности образуется оксидная пленка преимущественно из оксидов железа: Оксид железа (II) FeO, Оксид железа (III) Fe2O3, Двойной оксид Fe3O4 (FeO.Fe2O3). Во влажном воздухе оксид железа (II) окисляется с образованием метагидроксид железа (III) FeO(ОН), то есть той самой ржавчины.
Хром же при хоть при черной, хоть при цветной маркировке образует пленку, только если этого самого хрома в стальном сплаве достаточно много. В остальных случаях толщины и целостности этой пленки недостаточно, чтобы сохранить в стали коррозионную стойкость.
С хромо-никелевыми нержавейками все обстояло намного лучше благодаря никелю, оксидная пленка которого при правильных режимах маркировки обладала достаточной толщиной и целостностью, чтобы оксид железа FeO не окислялся до метагидроксида (III) FeO(ОН). По крайней мере так быстро, как это происходит с безникелевыми нержавеющими сталями.
Начиная августа 2023 года было потрачено много времени и материала на поиск режима гравировки/маркировки AISI 430 (12Х17), чтобы этот всратый материал не начинал ржаветь. А при цветной маркировке это происходило даже на воздухе, при черной - во влажной среде.
За это время у меня выработалась привычка: все тестовые и настроечные заготовки из AISI 430 (12Х17) я бросал в емкость с водой. За почти 3 месяца вода в этой емкости превратилась в «батин суп» («батин суп» - это суп из первого, второго и компота, которые батя не доел вчера и позавчера).
Данный «суп» представлял из себя смесь всякого говна жировых отложений, гидроксида железа (ржавчины), пищевой соли (ведь в предыдущем эксперименте я воду еще и солил, так как согласно более научному эксперименту: в растворе поваренной соли наблюдаются коррозионные процессы) и прочих неведомых мне веществ.
Не знаю, на что я надеялся. Все режимы гравировки и маркировки были давно настроенные. Ими я активно пользовался.
До одного момента. При выполнении одного заказа (фотомаркировки) на стали AISI 304 (08Х18Н10) я решил сделать тестовую маркировку на уже бесящей меня стали AISI 430 (12Х17) (так как маркируемое изображение было очень пестрым, счел логичным сделать тест для настройки контрастности/яркости).
Настроенных режимов у меня достаточно много: в зависимости от материала, поставленной задачи «скорость/качество» и пр.
И вот, при такой тестовой маркировке я поспешил и выбрал не тот режим.
В качестве небольшого отступления: при гравировке/маркировке лазером векторных изображений требуется настроить 5 параметров: скорость лазера, мощность, частоту импульсов, ширину импульса (на более простых маркираторах данный параметр не настраивается) и плотность заливки.
При гравировке/маркировке лазером растровых изображений добавляются еще 2 параметра: разрешение изображения (DPI) и продолжительность импульса.
Так вот, в тот момент я лопухнулся допустил ошибку и выбрал режим с мощностью и шириной импульса для изображения с разрешением и продолжительностью импульса, для которого был настроен совсем другой режим (с другой мощностью и шириной импульса).
Естественно, изображение не получилось. Оно было ярким, блестящим и полосило как моя жизнь.
Ошибка, само собой, была выявлена, правильный режим выбран, яркость и контрастность настроена, а тестовая пластина отправлена вариться в «батин суп».
Спустя несколько дней практически рефлекторно во время утренних банных процедур я взглянул на содержимое «батиного супа». Каково же было мое удивление, что то самое изображение, выполненное на «неправильном» режиме осталось без единого следа коррозии.
Собственно, вот и оно (думаю не нужно уточнять, какое из 8 изображений - то самое):
Полосы, кстати, образовались не из-за неправильного выбора режима нанесения растрового изображения, а из-за неправильного выбора режима нанесения подложки под изображение, а именно частоты импульсов, которая очень сильно влияет при растровой маркировке.
Решив, что ссаться от радости в штаны радоваться преждевременно, решил эксперимент повторить, отредактировав режим нанесения подложки для исключения «полосатости». Для большей чистоты эксперимента нанес маркировку на 4 разных настроенных режимах на одну заготовку и отправил мариноваться на неделю все в тот же «батин суп».
Через неделю только одно из 4 изображений (то самое) полностью сохранилось. На нем не было видно ни единой точки ржавчины.
Но и тут я решил не останавливаться. В том самом более научном эксперименте отмаркированный образец еще и кипятили.
Сталь 08Х18Н10 имеет устойчивый запас противостояния окислительным процесса даже при нагревании. Однако при длительном нагревании в водной среде при повышенных давлениях может окисляться. Образцы помещались на 3 ч в кипящую (100 0С) водопроводную воду. В ходе проверки считываемость QR-кода сохранилась, подложка несколько потемнела, но сама маркировка цвет не поменяла.
Вместе с тем по границам маркировки после просушки образцов появилась коррозия.
Повторив и это (прокипятив «батин суп» с ржавой водой и той самой заготовкой в течение 3-х часов) я извлек заготовку для детального осмотра.
Думаю, и тут не нужно объяснять, какое из 4 изображений не покрылось ржавчиной.
Более того, детально изучив изображение через электронный микроскоп, я не обнаружил ни одного пикселя, на котором бы начала зарождаться коррозия. Все изображение было стеклым как чистешко чистым как стеклышко.
Я, конечно, не посмею причислить себя к Перси Спенсеру, который случайно при разработке оборудования для радаров изобрел микроволновую печь.
Или к Вильгельму Рентгену, который работал с катодно-лучевой трубкой и случайно изобрел, собственно, рентгеновское излучение.
И, тем более, к Александру Флемингу, работавшему со стафилококками и случайно обнаружившему плесневые грибы, которые впоследствии стали ни чем иным, как пенициллином.
Но, черт возьми, Джон Харви Келлог и его брат Вилл Кит ведь тоже случайно сделали изобретение. И оно даже рядом не стояло с микроволновым или рентгеновским излучением. Ведь они всего лишь изобрели кукурузные хлопья! С ними то рядом постоять мне можно?
Теперь немного о том, что же произошло в этом эксперименте.
А все просто: на данном режиме оксидная пленка хрома (Cr2O3) не потеряла свою целостность. Даже более того: если присмотреться на сохранившееся после пребывании в «батином супе» изображение (предпоследнее изображение) , то видно, что оно немного желтее остальных. Это не ржавчина, а нечто, напоминающее хромистый железняк (FeO·Cr2O3) - двойной оксид железа с хромом.
С гравировкой векторных изображений такого скачка в сохранении коррозионной стойкости пока осуществить не удалось (хотя и в этом направлении подвижки есть), ведь лазерный луч при такой маркировке ведет себя немного иначе, нежели при маркировке растра.
Ну и напоследок о минусах. Их пока выявлено только два:
Черный цвет, также как и любой другой, отличный от серого, таким образом скорее всего получить не получится (напоминаю, что цветная маркировка на любых нержавеющих сталях очень нестабильна, даже на хромо-никелевых), Ведь при цветной и черной маркировке на поверхности стали практически не остается хрома.
Пока (подчеркиваю, что в моем видении - пока) это возможно только при растровой маркировке, так как импульсы на всем протяжении маркировки остаются постоянными, тогда как при векторной - отличаются в начале, средине и конце маркировки.
Наглядно ниже видно различие в яркости и контрастности:
