[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用超快激光制備不銹鋼超疏水自清潔表面的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510279954.5
• 申請(qǐng)日: 2015-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104907701A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)來(lái)慶;劉頓;鄧波;彼得·班尼特;陳列;翟中生;婁德元;楊奇彪;熊厚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/362
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/362;B23K26/60;B23K103/04
• 代理公司: 武漢帥丞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基材表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種不銹鋼基材表面改性技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種利用超快激光制備不銹鋼超疏水自清潔表面的方法。

背景技術(shù)

自然界當(dāng)中有很多植物花葉表面具有非常突出的自潔功能，例如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(yīng)用前景，由此引起了金屬表面浸潤(rùn)性在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。金屬材料的浸潤(rùn)性是金屬表面很重要的一個(gè)特征，材料的微觀結(jié)構(gòu)以及組成成分共同影響著材料表面的浸潤(rùn)性。超疏水表面的實(shí)質(zhì)是擁有極低的浸潤(rùn)性，而要獲得低浸潤(rùn)性主要取決于兩個(gè)基本因素，即固體表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)成分。判斷表面的疏水性或低潤(rùn)濕性通常用瞬時(shí)接觸角或滾動(dòng)角作為判定準(zhǔn)則：當(dāng)水滴在固體表面上，接觸角大于90°時(shí)，稱(chēng)為疏水表面；其接觸角超過(guò)150°，滾動(dòng)角小于10°時(shí)，則被稱(chēng)為超疏水性表面。

304不銹鋼材料由于其出色的防腐蝕性以及其他優(yōu)異的性能，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)，醫(yī)療行業(yè)，電子電氣行業(yè)等行業(yè)。304不銹鋼超疏水表面技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)和國(guó)防工業(yè)當(dāng)中有著非常重要的作用。用激光技術(shù)加工304不銹鋼表面，使304不銹鋼表面形成耐摩擦防腐蝕的超疏水表面，非常具有應(yīng)用前景。

制備金屬超疏水表面的方法有很多，主要的方法是在材料表面構(gòu)造一層粗糙的微結(jié)構(gòu)，然后在這層微結(jié)構(gòu)上加上低表面能的物質(zhì)。形成粗糙微結(jié)構(gòu)的主流方法有陽(yáng)極氧化法，納秒材料涂層法，化學(xué)刻蝕法，激光刻蝕法等。陽(yáng)極氧化法就是將多孔氧化鋁凝膠浸入沸水當(dāng)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(zhì)對(duì)表面進(jìn)行必要的修飾，加工的效率并不高。而激光加工法是在材料表面形態(tài)高度一致的微結(jié)構(gòu)，改善304不銹鋼的表面形貌實(shí)現(xiàn)材料表面超疏水自清潔要求。相比化學(xué)腐蝕方法，不但加工的速度快，還不需要在材料表面加一層修飾層，大大地提高了加工效率，而且沒(méi)有任何環(huán)境污染。申請(qǐng)?zhí)枮?01310079939.7的專(zhuān)利公開(kāi)了一種鋁合金仿生超疏水表面的制備方法，首先以無(wú)水乙醇清洗鋁合金，然后在鋁合金表面進(jìn)行激光加工，在試樣表面加工出無(wú)數(shù)微尺度的彈坑狀結(jié)構(gòu)，再將試樣浸入化學(xué)刻蝕溶液中，使試樣表面的形貌特征發(fā)生改變，但該方法未完全突破傳統(tǒng)化學(xué)蝕刻的表面處理工藝，采用激光加工工藝后還進(jìn)一步利用了化學(xué)刻蝕，且將經(jīng)過(guò)化學(xué)刻蝕后的鋁合金試樣放入含有DTS的甲苯溶液中進(jìn)行修飾，在其表面逐漸形成低表面能的薄膜，該處理工藝復(fù)雜，且使用了高毒致癌物質(zhì)甲苯，容易造成環(huán)境污染。申請(qǐng)?zhí)枮?01410657627.4的專(zhuān)利公開(kāi)了一種超疏水高粘附金屬表面及其制備方法，通過(guò)高功率皮秒或飛秒激光在金屬表面制備類(lèi)玫瑰花表面微觀結(jié)構(gòu)的周期性微納米結(jié)構(gòu)，再通過(guò)低自由能物質(zhì)的表面修飾，實(shí)現(xiàn)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(zhì)對(duì)表面進(jìn)行必要的修飾，加工效率低；申請(qǐng)?zhí)枮?00910183588.8的專(zhuān)利公開(kāi)了一種仿生金屬超潤(rùn)濕跨尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與制備方法，該方法通過(guò)復(fù)雜的超親水理論設(shè)計(jì)，將待處理樣品置于高真空室中，分別在不同角度下進(jìn)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(jié)構(gòu)，但是該方法需嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)，處理成本過(guò)高，完全不適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

綜上所述，亟待開(kāi)發(fā)出一種工藝簡(jiǎn)單，制備效率高，適用于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，不產(chǎn)生任何環(huán)境污染且一次性實(shí)現(xiàn)金屬基材表面超疏水性而無(wú)需經(jīng)過(guò)任何化學(xué)工藝處理的方法，是目前科研工作者亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，制備效率高、綠色環(huán)保的利用超快激光制備不銹鋼超疏水自清潔表面的方法。本發(fā)明的方法可在各種尺寸和不同形狀的不銹鋼材料表面獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的、接觸角大于150°、滾動(dòng)角小于10°的超疏水表面，同時(shí)制得的表面還具有出色的自清潔、耐摩擦、耐腐蝕性能。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種利用超快激光制備不銹鋼超疏水自清潔表面的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一，將待處理的不銹鋼表面進(jìn)行拋光預(yù)處理，得到表面拋光后的不銹鋼樣品；

步驟二，將步驟一所述表面拋光后的不銹鋼樣品放在盛有去離子水的超聲波清洗儀中清洗，清洗干凈后，將所述不銹鋼樣品表面用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的不銹鋼樣品；

步驟三，利用激光加工技術(shù)，采用超快激光器調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后對(duì)步驟二所述得到的潔凈不銹鋼樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，在樣品表面加工出無(wú)數(shù)的微結(jié)構(gòu)；