[發明專利]一種利用超快激光制備鈦合金超疏水抗霜凍表面的方法

有效

• 申請號: 201510279894.7
• 申請日: 2015-05-28
• 公開（公告）號: CN104907697B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 楊奇彪;彼得·班尼特;劉少軍;劉頓;陳列;翟中生;婁德元;汪軍;伍義剛;王呈祥
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/60
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司42220
• 代理人: 朱必武

技術領域：

本發明屬于金屬基材表面改性技術領域，涉及鈦合金基體上超疏水抗霜凍表面的制備方法，更具體地說，本發明涉及一種利用超快激光制備鈦合金超疏水抗霜凍表面的方法。

背景技術：

自然界中的動植物經過億萬年的選擇與進化，擁有其獨特的生存方式，超疏水自清潔表面就是其中一種：弱小的昆蟲身體表面，由于具備超疏水功能，使其能夠在雨中飛行；水蜘蛛的腳上由于具有超疏水的微納結構，使其能夠在水面上幾乎無阻力爬行；荷葉表面的超疏水結構大大提高了其自清潔功能；玫瑰花等植物的花瓣表面就具有非常突出的超疏水性，這些性能在材料防腐蝕、抗氧化等方面有非常廣泛的應用前景，由此引起了金屬表面浸潤性在相關領域的應用。因此在金屬材料上制備出超疏水表面得到越來越多的關注，人們渴望將超疏水性能應用于工業生產，尤其是在鈦合金表面制備出超疏水的性能。通常規定，將水滴在表面的接觸角CA大于90°稱為疏水表面，當接觸角CA大于150°、滾動角TA小于10°的表面稱為超疏水表面。

Ti6Al4V鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、導熱率低等特性，是一種輕質高強度耐蝕結構材料，被廣泛地應用于機械行業，醫療行業，航空航天行業等。作為飛機的主要結構材料之一，鈦合金的應用水平是衡量飛機選材先進程度的重要標志之一，是影響飛機戰術性能的一個重要方面。用激光技術加工Ti6Al4V鈦合金表面，使Ti6Al4V鈦合金表面形成自清潔抗霜凍的超疏水表面，非常具有應用前景。

金屬材料的浸潤性是金屬表面很重要的一個特征，材料的微觀結構以及組成成分共同影響著材料表面的浸潤性。在金屬材料上制備出超疏水的方法有很多，典型的方法有：陽極氧化法、化學藥水腐蝕法、電化學刻蝕+化學腐蝕法、激光刻蝕+化學腐蝕法。陽極氧化法就是將多孔氧化鋁凝膠浸入沸水當中，然后將升華的材料和鋁石或者硅石混合，為了有效地獲得超疏水表面，還需要用低表面能物質對表面進行必要的修飾，加工的效率并不高。而其他方法都離不開化學藥水的浸泡，通過將樣品泡置在化學試劑中，使其表面形成凹坑狀微結構。這些方法對環境的污染較大，操作工藝復雜。針對在Ti6Al4V鈦合金材料上制備出超疏水表面，使用一種無化學藥水、無污染操作簡單的激光加工法，在材料表面形態高度一致的微結構上改善鈦合金表面形貌，實現材料表面超疏水自清潔的要求，對于提高效率、節能、保護環境等都具有重要意義。申請號為201310079939.7的專利公開了一種鋁合金仿生超疏水表面的制備方法，首先以無水乙醇清洗鋁合金，然后在鋁合金表面進行激光加工，在試樣表面加工出無數微尺度的彈坑狀結構，再將試樣浸入化學刻蝕溶液中，使試樣表面的形貌特征發生改變，但該方法未完全突破傳統化學蝕刻的表面處理工藝，采用激光加工工藝后還進一步利用了化學刻蝕，且將經過化學刻蝕后的鋁合金試樣放入含有DTS的甲苯溶液中進行修飾，在其表面逐漸形成低表面能的薄膜，該處理工藝復雜，且使用了高毒致癌物質甲苯，容易造成環境污染。申請號為201410657627.4的專利公開了一種超疏水高粘附金屬表面及其制備方法，通過高功率皮秒或飛秒激光在金屬表面制備類玫瑰花表面微觀結構的周期性微納米結構，再通過低自由能物質的表面修飾，實現了超疏水高粘附金屬表面的制備，該方法采用低表面能物質對表面進行必要的修飾，加工效率低；申請號為200910183588.8的專利公開了一種仿生金屬超潤濕跨尺度結構設計方法與制備方法，該方法通過復雜的超親水理論設計，將待處理樣品置于高真空室中，分別在不同角度下進行兩次掃描，最終獲得接近自然生物表面形貌的跨尺度微結構，但是該方法需嚴格控制各項工藝參數，處理成本過高，完全不適合工業化大規模生產。

綜上所述，開發出一種工藝簡單，制備效率高，適用于產業化應用，且不產生任何環境污染，一次性實現金屬基材表面超疏水抗霜凍性能而無需經過任何化學工藝處理的方法，是目前科研工作者亟待解決的技術問題。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種工藝簡單，制備效率高、綠色環保的鈦合金超疏水抗霜凍表面的制備方法。本發明的方法可在各種尺寸和不同形狀的鈦合金材料表面獲得長期穩定的、接觸角大于150°、滾動角小于10°的超疏水表面，同時制得的表面還具有出色的抗霜凍性能。

本發明的目的具體是通過下述技術方案實現的：一種利用超快激光制備鈦合金超疏水抗霜凍表面的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一，將待處理的鈦合金表面進行拋光預處理，得到表面拋光后的鈦合金樣品；