[發明專利]一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法

在審

• 申請號: 201910293826.4
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN111805089A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 劉思思;武云文;張錦洪;李峰;劉金剛;姜勝強;廖君慧
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/60;B23K26/70;B23K103/10
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1.一種穩定超疏水自清潔表面，其特征在于，在鋁合金表面均勻分布微納復合結構，并在微納復合結構表面采用硬脂酸溶液進行表面處理，降低表面能；所述的微納復合結構包括排列整齊規則的網格狀分布的柱狀陣列微結構，以及在柱狀陣列微結構表面分布的微米級或納米級顆粒狀結構，即為具有微納復合結構的鋁合金表面，所述的排列整齊規則的網格狀分布的柱狀陣列微結構尺寸小于10μm，深度為10-20μm，所述的在柱狀陣列微結構表面分布的微米級或納米級顆粒狀結構尺寸為10 nm -1μm；在具有微納復合結構的鋁合金表面上，5μL去離子水滴的靜態接觸角大于160°，滾動角小于10°時，即得到一種穩定超疏水自清潔表面，在該表面上，超疏水性能和自清潔性能在高濕度大氣環境中可持續150天以上。

2.一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將待處理的鋁合金表面用金相砂紙打磨，進行拋光預處理；用金相試樣拋光機對所述打磨后工件表面進行拋光處理，得到表面拋光后的鋁合金樣品；表面粗糙度Rz小于1.0μm；

（2）將拋光后的鋁合金樣品在去離子水中進行超聲波清洗，將清洗后的鋁合金表面用冷風吹干，得到表面潔凈的鋁合金樣品；

（3）將表面潔凈的鋁合金樣品固定在加工平臺上，采用雙光束干涉法對鋁合金表面進行掃描加工，所述的雙光束干涉法，是將兩個相干激光束組合，對干涉場內的光強度分布進行強弱調制，用調制后重新分布的激光能量燒蝕被加工材料表面，通過設定激光器加工參數和激光掃描方式，得到具有周期性可控化尺寸微納復合結構的鋁合金樣品；

（4）將具有周期性可控化尺寸微納復合結構的鋁合金樣品浸入濃度為0.3-0.6mol/L的硬脂酸溶液中進行表面修飾，反應溫度為50-70℃，反應時間為2h，反應結束后取出，然后放在干燥烘箱中120℃干燥30min，得到一種穩定超疏水自清潔表面。

3.根據權利要求2所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述的超聲波清洗的溫度為25-40℃，超聲波功率為160W，清洗時間為10-13min。

4.根據權利要求2所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的兩個相干激光束是通過一組擴束鏡系統和分光光闌調整出激光的光束直徑，然后再經過一個反射鏡和一個半反半透鏡的作用得到的，即將一束激光分成能量、光強、亮度均相等的兩束激光，這兩束激光分別經第一反射鏡和第二反射鏡的作用，在試件上相應的位置進行相干疊加。

5.根據權利要求2所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的激光器加工參數為：激光器的功率0.5-2.0W,波長360nm，加工脈沖頻率為10kHz，脈沖持續時間為10ns，掃描速度60mm/s。

6.根據權利要求2所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的激光掃描方式為雙光束在試樣表面相干疊加后，經過一個方向的第一次掃描，然后將試樣旋轉90°，再進行第二次掃描，利用兩次掃描對試樣表面進行燒蝕，制備出微納復合結構，實現穩定超疏水自清潔表面的要求。

7.根據權利要求2所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的周期性可控化尺寸微納復合結構是通過改變光源的角位移來控制試樣加工表面入射光干涉與試樣表面相夾入射角大小，實現改變雙光束干涉的條紋周期在5-10μm范圍內變化，從而實現微納復合結構尺寸周期性可控化。

8.根據權利要求6所述的一種穩定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，其特征在于，所述的第一次掃描的激光功率為1.0W，入射角為10-15°，條紋周期在7-10μm范圍內；第二次掃描的激光功率為1.2W，入射角為5-10°，條紋周期在5-7μm范圍內。