[發明專利]一種飛秒激光高速制備深海防腐材料表面處理方法

有效

• 申請號: 202011556320.7
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112872594B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王學文;張子涵;周嘉康;滑晨鳴
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 李丹

本發明公開了飛秒激光高速制備深海防腐材料表面處理方法，包括如下步驟：設計并組裝好飛秒激光轉輪掃描加工系統；基于飛秒激光轉輪掃描加工系統采用飛秒激光加工技術在材料表面制備超疏水結構，飛秒激光轉輪掃描加工系統可發射不同波長、脈寬的激光。本發明的有益效果為：采用飛秒激光轉輪掃描加工系統在材料表面加工微納尺度的超疏水結構，得到的該疏水層表面與水的接觸角大于150°且滾動角小于10°，能有效解決化學刻蝕以及單一激光加工超疏水層難以控制以及效率低下的問題，提高了制備深海設備防腐層的效率；由于飛秒激光轉輪掃描加工精度高、速度快，加工的微結構穩定，能有效提升深海設備的強韌性，進而實現深海環境下的防腐技術，延長在深海條件下應用壽命。

技術領域

本發明涉及激光加工技術領域，尤其涉及一種飛秒激光高速制備深海防腐材料表面處理方法。

背景技術

腐蝕是指(包括金屬和非金屬)在周圍介質(水，空氣，酸，堿，鹽，溶劑等)作用下產生損耗與破壞的過程。深海環境是一種極為苛刻的腐蝕環境，尤其對于金屬而言是高腐蝕性環境，其中的氧濃度、光照量、pH、溫度、鹽度、流速等條件與淺海環境中大不相同。深海防腐應用基礎研究包括新型耐蝕材料研究、電化學保護技術、高性能緩蝕劑、防腐蝕涂層及表面處理技術，就目前而言，陰極保護與重防腐涂料是海洋工程中主要的防腐蝕技術。由于設計簡單、管理維護方便，在海洋防腐工程中大多采用犧牲陽極陰極保護系統。但國內外的相關深海環境下犧牲陽極的放電性能發生惡化，以Al-Zn-In犧牲陽極為例，在深海環境下其放電量僅為淺海環境下的12％，電流效率僅為25％，無法適應深海環境下防腐蝕工程的需要。相反，有機防腐蝕涂層因為操作簡單、成本低、防護性好、維護方便，具有廣闊的應用前景。

目前看來，隨著海洋深度的增加，海水壓力增大直接導致海水在涂層中的滲透速度和滲透量加大，縮短涂料發揮屏蔽保護作用的時間，加速涂料失效過程，使涂料提前喪失對基底金屬的防護性能，因此通過減少海水與設備的接觸使得海水與設備表面形成一層超疏水層就可以有效減少腐蝕。但目前通過化學方式制備超疏水結構的方式效率低，耗時長，因此通過化學刻蝕的方式已經難以滿足快速高效形成防腐結構。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種飛秒激光高速制備深海防腐材料表面處理方法，以克服上述現有技術中的不足。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種飛秒激光高速制備深海防腐材料表面處理方法，包括如下步驟：

S100、設計并組裝好飛秒激光轉輪掃描加工系統；

S200、基于飛秒激光轉輪掃描加工系統采用飛秒激光加工技術在材料表面制備超疏水結構，飛秒激光轉輪掃描加工系統可發射不同波長、脈寬的激光。

在上述方案中，飛秒激光轉輪掃描加工系統包括飛秒激光器、光路構件和轉輪掃描加工光路，飛秒激光器所發射的激光光束經光路構件射入轉輪掃描加工光路，由轉輪掃描加工光路射出的光束垂直射向材料表面。

在上述方案中，轉輪掃描加工光路包括第一反射鏡、校準鏡、多邊形反射鏡、旋轉機構、第一遠心鏡和第二遠心鏡，多邊形反射鏡通過旋轉機構進行轉動，第一反射鏡和校準鏡布置于多邊形反射鏡的一側，且以上下分布的形式平行布置，第一遠心鏡和第二遠心鏡依次布置于多邊形反射鏡的下方；飛秒激光器所發射的激光光束經光路構件射入第一反射鏡，并再依次經由校準鏡、多邊形反射鏡、第一遠心鏡、第二遠心鏡后由第一遠心鏡反射垂直射向材料表面。

在上述方案中，經第一遠心鏡后垂直射向材料表面的單束激光功率為6w～20w，掃描線間隔為40μm～200μm，激光能量密度0.1J/cm²～4J/cm²，掃描速度為100mm/s。

在上述方案中，飛秒激光器具有A、B兩發射口，A、B兩發射口可發射不同波長、脈寬的激光，A、B兩發射口不可同時發射激光。