激光打标作为一种新兴的表面处理技术正迅速取代压印、喷墨等传统打标方法成为条码标识领域的又一新星。但激光打标通常只能产生灰色或黑色的单色标记,在条码标识和产品装饰领域,人们更倾向于彩色图案。激光着色技术便应运而生,但该技术尚不成熟,重复率低稳定性差是制约其发展的根本。国内外学者研究了激光加工参数以及加工环境对着色重复性及稳定性的影响,虽实现了一定的突破,但仍无法准确控制加工出的颜色。本文以AISI304不锈钢为研究对象,从激光着色机理、氧化物种类及分布情况、样本厚度对着色的影响、样本温度场仿真等方面进行了着色研究,具体内容如下:基于Nd:YAG纳秒激光打标机在304不锈钢表面进行着色实验。实验发现:当激光功率在一定范围内增大时样本表面会依次呈现黄、蓝、红、绿、棕五种颜色;样本厚度的改变会对激光着色产生显著影响,相同加工参数下两样本厚度相差越大着色差异越明显。研究了纳秒激光氧化膜成色的机理。选取黄、蓝、红、绿、棕五种典型色彩分析氧化膜中的物质成分及相对含量,提出了干涉色为主本征色为辅的着色机理。氧化物的本征色虽对成色有一定贡献但加工后的颜色仍以干涉色为主。提出了多层氧化膜的概念,认为纳秒激光下不锈钢表面生成的氧化膜并不是单一均匀的一层而是由不同物质组成的两层甚至多层氧化膜。提出了内层重铬酸锰,外层四氧化三铁的双层氧化膜结构,并利用薄膜干涉原理,推导出基于双层氧化膜的薄膜干涉计算模型。该模型既是对氧化膜干涉成色理论的继承也是对其进一步的发展。探究了基板厚度对纳秒激光诱导304不锈钢表面着色的影响。进一步研究了由基板厚度引发的颜色滞后和颜色超前现象。借助SEM、EDS等检测手段建立了样本颜色、加工时样本表面温度、样本氧化膜厚度三者之间的对应关系。最后基于多物理场有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对加工过程进行了热仿真,对两种现象的温度场进行了模拟,从传热的角度分析了两种现象的成因并总结出厚度对激光氧化着色的影响规律。