[發明專利]納秒激光輻照制備非晶合金表面微納米周期性結構的方法

有效

• 申請號: 202110500793.3
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113070576B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 黃虎;錢永峰;張洪洋;張帝;劉翰林;洪婧
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B82Y40/00
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明涉及納秒激光輻照制備非晶合金表面微納米周期性結構的方法，屬于材料表面微納加工領域。包括以下步驟：非晶合金試樣進行機械研磨及拋光；以氬氣作為保護氣體，通過納秒激光輻照在非晶合金表面制備微納米周期性結構，通過控制激光束的運行軌跡，可在非晶合金表面制備出具有不同形狀和尺寸的微納米周期性結構。本發明利用入射激光與其激發的表面等離子體之間的干涉效應，可在非晶合金表面形成特征尺寸約為1μm的周期性結構；加工方法簡單、效率高；可處理不同成分的非晶合金試樣，在超疏水、耐磨減阻、微納光學等領域具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及材料表面微納加工領域，特別涉及納秒激光輻照制備非晶合金表面微納米周期性結構的方法，在超疏水、耐磨減阻、微納光學等領域具有巨大的應用前景。

背景技術

非晶合金具有高強度、高楊氏模量、耐腐蝕等一系列優異性能，是一種多功能的新型材料。同時，非晶合金具有原子尺度上的各向同性，這使其在微納米尺度上具有良好的加工成形性。近些年來，研究人員針對非晶合金的表面微結構加工進行了十分廣泛而深入的研究。然而，傳統的金剛石車削和微細電火花加工均會導致非晶合金材料發生一定程度的晶化。因此，迫切需要一種快速、高效的方法來加工非晶合金以獲得規則的表面微納米結構。

隨著激光加工技術的不斷發展，短與超短脈沖激光加工設備相繼被研發出來。脈沖激光在加工非晶合金時會使其內部產生加熱和冷卻循環，可有效地防止非晶合金發生晶化，因此脈沖激光技術被認為是一種加工非晶合金的理想方案。例如，Chen Li等在2020年《Journal of Physics D:Applied Physics》第53卷105305(Femtosecond laser-inducednon-centrosymmetric surface microstructures on bulk metallic glass forunidirectional droplet micro-displacement)中利用飛秒激光在非晶合金表面制備了周期性表面微結構，實現了液滴的單向運輸。然而相比于納秒激光，飛秒激光加工工藝流程復雜、成本高，難以達到工業生產的要求。因此，利用價格較為低廉的納秒激光來加工非晶合金以獲得表面微納米周期性結構無疑是更具應用前景的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納秒激光輻照制備非晶合金表面微納米周期性結構的方法，以解決現有技術存在的上述問題。利用入射激光與其激發的表面等離子體之間的干涉效應，可快速、高效地在非晶合金表面制備出具有不同形狀和尺寸的微納米周期性結構，在超疏水、耐磨減阻、微納光學等領域具有巨大的應用前景。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

納秒激光輻照制備非晶合金表面微納米周期性結構的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將待加工的非晶合金試樣進行機械研磨及拋光，并使用乙醇和去離子水進行約10分鐘的超聲清洗，然后室溫風干；

(2)以氬氣作為保護氣體，將激光束聚焦至非晶合金表面，由計算機程序設置激光輻照參數，然后進行激光輻照以形成表面微納米周期性結構。

進一步的，步驟(1)中所述的非晶合金試樣可為鋯基、鈦基、鐵基非晶合金。

進一步的，步驟(1)中所述的超聲清洗的溫度為50～60℃。

進一步的，步驟(2)中所述的氬氣壓強為0.01MPa。

進一步的，步驟(2)中所述的激光輻照參數為：激光波長為1064nm，脈寬為7ns，重復頻率為600kHz，激光能量密度為40～200mJ/cm²，掃描速度為2～5mm/s，掃描次數為1～10次，激光能量分布為高斯分布。