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316L不锈钢具有外观光泽度高、耐高温、耐腐蚀性能等优点,在管道、热交换器、食品工业以及钟表行业得到广泛的应用。然而随着人们对生活质量要求的不断提高,对316L不锈钢的外观提出了新的要求,不锈钢着色技术的出现,赋予了316L不锈钢新的价值,其中激光着色技术凭借高效性、环保性、柔性化加工等特点成为目前应用潜力最为巨大的一种不锈钢着色技术。目前激光着色技术的大规模应用还存在着色色彩难以精准调控的问题,论文从不同激光着色工艺参数对着色效果的相互耦合作用出发,进行316L不锈钢脉冲激光着色的机制探索与应用研究,主要内容如下:(1)通过双变量组合试验法,采用不同的激光着色工艺参数组合对316L不锈钢进行激光着色试验,研究不同工艺参数组合对316L不锈钢脉冲激光着色效果的影响规律。研究发现,在激光脉宽τ=8 ns、扫描线间距d=0.001 mm和扫描速度v=1200mm/s参数组合下,调节激光功率P和频率f都能够实现2~3种颜色的缓慢过渡,这表明在相同的变化梯度内,激光功率和脉冲频率对316L不锈钢脉冲激光着色效果的影响程度相当;而在激光功率P=7 W、脉冲频率f=450 kHz、扫描线间距d=0.001 mm和扫描速度v=1500 mm/s参数组合下,调节脉宽τ能够快速实现6~7种颜色过渡,这表明脉宽对着色效果的影响远超激光功率和脉冲频率;扫描速度v和线间距d主要通过脉冲激光光斑搭接率对316L不锈钢脉冲激光着色效果进行调控,搭接率越大时材料表面吸收的热量越多,着色效果越明显。(2)通过ANSYS有限元分析软件分析了不同工艺参数组合下激光着色316L不锈钢温度场的变化规律,并探究其通过温度对着色表面氧化层薄膜厚度的影响机制。研究发现,单脉冲能量E_p的提高能够引起整个温度场温度的上升,而脉宽τ的提高则会降低整个温度场温度;同时在连续脉冲作用情况下,单个脉冲加工周期内材料表面温度先是迅速上升,然后自然冷却,在下一个脉冲作用之前已经冷却至室温。这表明连续脉冲的作用机制为多个脉冲单次加热效果的叠加,这个由激光功率P、脉冲频率f和脉宽τ共同决定的加热效果影响着单次脉冲作用后表面氧化薄膜层的微观厚度;扫描速度v和线间距d则确定了这个叠加的次数n,最终叠加次数n和单次加热效果共同确定了多次叠加后的氧化薄膜层厚度。(3)通过对着色后的316L不锈钢表面进行微观形貌观测、元素含量的测定以及色度表征,验证激光着色的作用机制,同时根据色度值对316L不锈钢脉冲激光着色效果进行质量评价。研究发现,当激光功率P从4W不断增加到12W时,316L不锈钢表面区域的氧元素含量从9.49%不断增加到12.35%,这表明316L不锈钢脉冲激光着色后表面区域主要是氧化层薄膜,而且随着激光功率P的增加,氧化层薄膜厚度越大,这与激光参数对氧化层厚度的影响机制保持一致;单次激光着色和多次激光着色的色差?E范围分别为0~0.5和0~0.6,表明316L不锈钢脉冲激光着色工艺在色彩均匀性和稳定性方面能够满足大部分应用要求,完全具备实用性。(4)通过BP神经网络对着色试验的数据进行了模拟,构建了激光着色模型,通过构建的软件模型,验证和预测了316L不锈钢脉冲激光着色效果,为激光着色试验的参数选取提供了指导作用。研究发现,基于BP神经网络建立的316L不锈钢表面激光着色颜色预测模型的测试样本颜色预测值与实际值基本一致,平均色差?E不超过2。这表明借助BP神经网络来预测不锈钢着色颜色是完全可行的,可以实现小参数范围内激光工艺参数连续变化情况下脉冲激光着色后颜色的预测,能够为316L不锈钢脉冲激光着色的进一步应用与发展提供有力的支持。