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Please use this identifier to cite or link to this thesis: http://hdl.handle.net/10589/90984

Author: FRANCESCHINI, FEDERICA
Supervisor: PREVITALI, BARBARA
Scientific Disciplinary Sector: ING-IND/16 TECNOLOGIE E SISTEMI DI LAVORAZIONE
Date: 29-Apr-2014
Academic year: 2013/2014
Title: Laser colouring of titanium alloys : processing and characterization of colour and surface properties
Italian abstract: Gli ossidi di titanio esibiscono brillanti colori, che possono essere generati naturalmente o tramite un controllato processo di ossidazione. L’utilizzo di un fascio laser per colorare il titanio permette una più flessibile manipolazione della geometria di ossido, con anche elevata risoluzione spaziale. La procedura può essere applicata in ambiente atmosferico, generando una marcatura colorata e di lunga durata. Oggi, tutte queste proprietà sono largamente utilizzate nel campo dell’arte, specialmente nella gioielleria; ma anche in ambito industriale, come ad esempio nella marcatura di loghi su carrozzerie automobilistiche. La sfida dunque consiste nell’espandere questo processo di colorazione ad applicazioni avanzate. Per poter raggiungere l’obbiettivo, risulta fondamentale svolgere i due passi seguenti: capire il meccanismo responsabile della generazione del colore da ossido; rendere il processo robusto e ripetibile, e dunque provvedere alla calibrazione del processo, ovvero trovare la relazione che lega i parametri di processo ai colori ottenuti. In questa tesi, un modello analitico è stato sviluppato, compiendo così il primo passo; mentre per compiere il secondo, è stato messo a punto uno schema di sperimentazione in grado di giungere ad un analisi qualitativa del processo di colorazione. In particolare è stata utilizzata una sorgente laser in fibra, Ytterbium, caratterizzata da una lunghezza d’onda di 1064 nm e operante in regime impulsato ai nanosecondi, per colorare provini costituiti da tre diverse condizioni di titanio. I provini colorati sono stati dunque ispezionati, prima tramite occhio, poi tramite uno spettrofotometro a doppio raggio; entrambe le analisi hanno prodotto come risultato lo studio dell’andamento del colore versus i parametri di processo. Infine, sia il microscopio ottico che quello elettronico sono stati utilizzati per rilevare caratteristiche superficiali, come l’omogeneità di colore o la topografia della superficie colorata.
English abstract: Oxides of titanium exhibit vivid colours, which can be generated naturally or manipulated through controlled oxidation processes. The use of a laser beam for colouring titanium permits flexible manipulation of the oxidized geometry with high spatial resolution. The procedure can be applied in ambient atmosphere generating long-lasting time coloured mark by laser. Today, these properties are largely exploited in the art field, especially in jewellery, but also in the industry field, as for instance in marking logos on cars bodies. The challenge for today is to extend this potential application to the advanced optoelectronics. In order to meet the goal, it is fundamental to understand, as a first step, the underlying mechanism involved in the generation of colours by an oxide; and, as a second step, to provide the characterisation of the laser process, linking process parameters to colours. In this work, an analytical model is provided, in order to solve the first step; while an experimental setup is build up in order to solve the second step, exploiting a qualitative characterisation of the process of colouring. A pulsed Ytterbium fibre laser operating at a wavelength of 1064 nm provided colours on three different conditions of titanium alloys. Eye inspection and double beam spectrophotometer provided characterisation of colours. Finally optical microscope and scanning electronic microscope explored superficial characteristics, as homogeneity of colours and surface’ s topography.
Italian keywords: titanio; ossido; laser; colore; interferenza
English keywords: titanium; oxide; laser; colour; interference
Language: eng
Appears in Collections:POLITesi >Tesi Specialistiche/Magistrali

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