鋁合金飛秒激光清洗-超疏水微納表面一步法制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法，通過飛秒激光加工設備對鋁合金表面進行加工，所述飛秒激光加工設備包括飛秒激光發射器、衰減器、反射鏡、掃描振鏡、物鏡和鋁合金板材，該制備方法包括以下加工步驟：步驟一、預處理；步驟二、激光清洗和刻蝕；步驟三、水接觸實驗。本發明專利技術的有益效果是，本發明專利技術對鋁合金表面采用的飛秒激光一步法制備微納表面，一步法的制備方法即飛秒激光分三步完成，第一步即激光清洗，第二、三步即激光刻蝕，分別先后采用20％、50％、100％的激光能量對鋁合金表面進行清洗及刻蝕，分三次清洗及刻蝕后的鋁合金微納表面具有不同深度的織構，此微納制備的織構呈花瓣狀孔洞形，對其疏水性有較大提升。

【技術實現步驟摘要】
鋁合金飛秒激光清洗-超疏水微納表面一步法制備方法
本專利技術涉及領域，特別是一種鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法。
技術介紹
鋁合金在汽車、航天、民用以及高鐵等領域有著廣泛的應用，鋁合金表面的氧化膜延長了其使用壽命。隨著科技的發展，對鋁合金微納表面的超疏水性質的應用越來越重視。隨著對鋁合金微納表面精度要求不斷提高，使用普通的車削技術不能滿足其鋁合金表面超疏水需求。當鋁合金在汽車或高鐵等交通工具上使用時，如果鋁合金表面具有超疏水性時，就能更好的疏水，起到防護的作用。而對于像石油管道等一些埋于地下或暴露于空氣中的鋁合金設備，不僅需要做到防土壤腐蝕和大氣腐蝕，還需要避免與水大量接觸，產生電化學腐蝕。因此在鋁合金的微納表面需要做到疏水的效果，以此來減少對鋁合金管道的腐蝕。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述問題，設計了一種鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法。實現上述目的本專利技術的技術方案為，鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法，通過飛秒激光加工設備對鋁合金表面進行加工，所述飛秒激光加工設備包括飛秒激光發射器、衰減器、反射鏡、掃描振鏡、物鏡和鋁合金板材，該制備方法包括以下加工步驟：步驟一、預處理：將鋁合金板材表面進行打磨拋光后，再用酒精和超聲波進行清洗，然后放置在飛秒激光的加工位置處；步驟二、激光清洗和刻蝕：A.飛秒激光發射器發射激光束，采用較小的激光能量對鋁合金板材表面進行清洗，清洗出一個直徑較大的圓；B.飛秒激光發射器同時發射四道激光光束，采用中等激光能量在鋁合金板材表面刻蝕四個向外切的小圓，四個圓的尺寸相同，且都處于步驟A中所述的大圓內；C.采用最大能量的激光能量對鋁合金板材表面進行刻蝕，此時只有一個激光光斑輻射鋁合金板材表面，此時激光刻蝕是以步驟A中所述的較大圓的圓心處，向外刻蝕與步驟B中的小圓尺寸相同，得到的鋁合金板材表面制備出小尺度的精細微納結構，此時微納織構表面呈花瓣狀孔洞形；步驟三、水接觸實驗：當水接觸到鋁合金板材表面的微納織構后，接觸角大于150°，即為合格。作為對本專利技術的進一步補充，所述飛秒激光發射器與所述衰減器、反射鏡處于同一高度，所述反射鏡與所述衰減器呈45度夾角放置。作為對本專利技術的進一步補充，所述反射鏡與所述掃描振鏡、物鏡和鋁合金板材處于同一豎向平面內。作為對本專利技術的進一步補充，所述步驟二A中的飛秒激光采用20％的激光能量，此時飛秒激光的光斑直徑為70um。作為對本專利技術的進一步補充，所述步驟二B中的飛秒激光采用50％的激光能量，此時飛秒激光的光斑直徑為50um。作為對本專利技術的進一步補充，所述步驟二C中采用100％的激光能量，此時飛秒激光的光斑直徑為30um。作為對本專利技術的進一步補充，所述飛秒激光的波長為800nm，脈寬為100fs，重復頻率為10kHz，光斑搭接率為66.7％。其有益效果在于：(1)本專利技術采用飛秒激光對鋁合金的表面進行一步法制備微納表面，具體是采用三次不同功率的激光進行清洗、刻蝕等步驟，從而使得鋁合金的微納表面具有超疏水的性質，鋁合金微納表面能夠顯著提高其疏水性，進而延長鋁合金的使用壽命，顯著降低了鋁合金在濕潤環境下減少發生電化學腐蝕的概率，增加了超疏水性鋁合金的應用范圍，飛秒激光制備微納表面的過程中，使用的飛秒激光不但可以控制激光功率、光斑直徑，還可以控制飛秒激光清洗的路徑，提高鋁合金微納表面織構的均一性。(2)本專利技術對鋁合金表面采用的飛秒激光一步法制備微納表面，一步法的制備方法即飛秒激光分三步完成，第一步即激光清洗，第二、三步即激光刻蝕，分別先后采用20％、50％、100％的激光能量對鋁合金表面進行清洗及刻蝕，分三次清洗及刻蝕后的鋁合金微納表面具有不同深度的織構，此微納制備的織構呈花瓣狀孔洞形，對其疏水性有較大提升，在一些軍工或者航天領域需要鋁合金板材超疏水的微納表面時，可以使用本專利技術提供的方法對鋁合金結構件進行深層次的加工，從而達到超疏水的使用要求。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖；圖2是本專利技術中飛秒激光清洗鋁合金板材表面示意圖。圖中，1、飛秒激光發射器；2、衰減器；3、反射鏡；4、掃描振鏡；5、物鏡；6、鋁合金板材。具體實施方式本專利技術所要提供的技術是利用飛秒激光對鋁合金表面進行清洗，從而使得鋁合金的微納表面具有超疏水的性質，該制備方法需要用到的加工設備有飛秒激光發射器1、衰減器2、反射鏡3、掃描振鏡4、物鏡5和鋁合金板材6，如圖1所示，其中飛秒激光發射器1與衰減器2、反射鏡3處于同一高度，反射鏡3與衰減器2呈45度夾角放置，反射鏡3與掃描振鏡4、物鏡5和鋁合金板材6處于同一豎向平面內，飛秒激光發射器1發射的激光，在衰減器2的作用下，調控脈沖能量，然后在反射鏡3作用下，激光光路方向被改變，通過的激光束在掃描振鏡4和物鏡5的作用下，對鋁合金板材6的表面進行一定軌跡的清洗刻蝕加工。飛秒激光不僅清洗了鋁合金表面沉積的各種氧化物，還實現了微納多尺度表面結構的制備；飛秒激光第一次清洗采用的是20％的激光能量清洗，第二次清洗采用50％的激光能量清洗，第三次清洗采用100％的激光能量清洗。飛秒激光經過三次不同能量對鋁合金表面清洗之后，得到不同深度的微納織構，當水接觸到鋁合金微納織構后，接觸角大于150°，制備出具有超疏水的微納織構。本專利技術所提及的一步法制備微納表面指的是：通過三次不同激光能量的飛秒激光清洗及刻蝕，使得鋁合金表面具有超疏水的微納表面，其具體方法如下，鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法，該制備方法包括以下加工步驟：步驟一、預處理：將鋁合金板材6表面進行打磨拋光后，再用酒精和超聲波進行清洗，然后放置在飛秒激光的加工位置處；步驟二、激光清洗和刻蝕：A.飛秒激光發射器1發射激光束，采用20％的激光能量對鋁合金板材6表面進行清洗，清洗出一個直徑較大的圓，此時飛秒激光的光斑直徑為70um；B.飛秒激光發射器1同時發射四道激光光束，采用50％的激光能量在鋁合金板材6表面刻蝕四個相外切的小圓，四個圓的尺寸相同，且都處于步驟A中所述的大圓內，此時飛秒激光的光斑直徑為50um；C.采用100％的激光能量對鋁合金板材6表面進行刻蝕，此時只有一個激光光斑輻射鋁合金板材6表面，且飛秒激光的光斑直徑為30um，此時激光刻蝕是以步驟A中所述的較大圓的圓心處，向外刻蝕與步驟B中的小圓尺寸相同，得到的鋁合金板材6表面制備出小尺度的精細微納結構，此時微納織構表面呈花瓣狀孔洞形；步驟三、水接觸實驗：當水接觸到鋁合金板材6表面的微納織構后，接觸角大于150°，即為合格。如圖2所示，飛秒激光清洗鋁合金表面，包括三次清洗及刻蝕鋁合金表面，三次清洗及刻蝕表面采用的工藝參數不同，不同的順序產生不同的微納織構表面，飛秒激光清洗后的鋁合金微納織構表面，還包括與水的接觸角試驗，當水與鋁合金微納織構表面接觸時，輕輕拍打，水滴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法，通過飛秒激光加工設備對鋁合金表面進行加工，所述飛秒激光加工設備包括飛秒激光發射器(1)、衰減器(2)、反射鏡(3)、掃描振鏡(4)、物鏡(5)和鋁合金板材(6)，其特征在于，該制備方法包括以下加工步驟：/n步驟一、預處理：將鋁合金板材(6)表面進行打磨拋光后，再用酒精和超聲波進行清洗，然后放置在飛秒激光的加工位置處；/n步驟二、激光清洗和刻蝕：/nA.飛秒激光發射器(1)發射激光束，采用較小的激光能量對鋁合金板材(6)表面進行清洗，清洗出一個直徑較大的圓；/nB.飛秒激光發射器(1)同時發射四道激光光束，采用中等激光能量在鋁合金板材(6)表面刻蝕四個相外切的小圓，四個圓的尺寸相同，且都處于步驟A中所述的大圓內；/nC.采用最大能量的激光能量對鋁合金板材(6)表面進行刻蝕，此時只有一個激光光斑輻射鋁合金板材(6)表面，此時激光刻蝕是以步驟A中所述的較大圓的圓心處，向外刻蝕與步驟B中的小圓尺寸相同，得到的鋁合金板材(6)表面制備出小尺度的精細微納結構，此時微納織構表面呈花瓣狀孔洞形；/n步驟三、水接觸實驗：當水接觸到鋁合金板材(6)表面的微納織構后，接觸角大于150°，即為合格。/n...

【技術特征摘要】
1.鋁合金飛秒激光清洗－超疏水微納表面一步法制備方法，通過飛秒激光加工設備對鋁合金表面進行加工，所述飛秒激光加工設備包括飛秒激光發射器(1)、衰減器(2)、反射鏡(3)、掃描振鏡(4)、物鏡(5)和鋁合金板材(6)，其特征在于，該制備方法包括以下加工步驟：
步驟一、預處理：將鋁合金板材(6)表面進行打磨拋光后，再用酒精和超聲波進行清洗，然后放置在飛秒激光的加工位置處；
步驟二、激光清洗和刻蝕：
A.飛秒激光發射器(1)發射激光束，采用較小的激光能量對鋁合金板材(6)表面進行清洗，清洗出一個直徑較大的圓；
B.飛秒激光發射器(1)同時發射四道激光光束，采用中等激光能量在鋁合金板材(6)表面刻蝕四個相外切的小圓，四個圓的尺寸相同，且都處于步驟A中所述的大圓內；
C.采用最大能量的激光能量對鋁合金板材(6)表面進行刻蝕，此時只有一個激光光斑輻射鋁合金板材(6)表面，此時激光刻蝕是以步驟A中所述的較大圓的圓心處，向外刻蝕與步驟B中的小圓尺寸相同，得到的鋁合金板材(6)表面制備出小尺度的精細微納結構，此時微納織構表面呈花瓣狀孔洞形；
步驟三、水接觸實驗：當水接觸到鋁合金板材(6)表面的微納織構后，接觸角大于150°，即為合格。


2.根據權利要求1所述的鋁合金飛秒激光清...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊尚磊，
申請(專利權)人：蘇州星波激光科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32