[發(fā)明專利]一種鋁合金表面激光沖擊壓印微納米顆粒制備超疏水性表面的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111249205.X
• 申請(qǐng)日: 2021-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN113967796B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建忠;緱延強(qiáng);李鵬飛;孟憲凱;黃舒;張宇;李禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/362
• 分類號(hào): B23K26/362;B23K26/60;B23K26/0622;B08B7/02
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本發(fā)明提供了一種鋁合金表面激光沖擊壓印微納米顆粒制備超疏水性表面的方法，包括如下步驟：對(duì)鋁合金表面預(yù)處理，使表面粗糙度≤0.05μm；將微納米硬質(zhì)顆粒和微米硬質(zhì)顆粒混合后均勻的預(yù)涂在鋁合金表面的吸收層背面；采用短脈沖激光沖擊涂覆混合硬質(zhì)顆粒的吸收層，使混合硬質(zhì)顆粒壓印在鋁合金表面；使用超聲清洗去除鋁合金表面的混合硬質(zhì)顆粒，通過化學(xué)修飾降低鋁合金表面的表面能后，得到由微納多級(jí)凹坑結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的超疏水性功能表面。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單有效，可大面積的快速制備具有微納多級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金表面加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金表面激光沖擊壓印微納米顆粒制備超疏水性表面的方法。

背景技術(shù)

航空鋁合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度，同時(shí)具有良好的可加工性，在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，飛機(jī)的蒙皮、翼肋等結(jié)構(gòu)件均可以由高強(qiáng)度的航空鋁合金來制作，其扮演的角色越來越重要。然而，由于航空鋁合金表面具有較高的潤(rùn)濕性，飛機(jī)在極端惡劣的天氣條件下停放及飛行過程中，機(jī)身多處都會(huì)產(chǎn)生低溫結(jié)冰，影響飛行安全。因此，提高飛機(jī)表面抗結(jié)冰性能已經(jīng)成為航空領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵問題之一。

目前，已經(jīng)發(fā)展了多種途徑用于飛機(jī)表面除冰防冰。例如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種飛機(jī)除冰車，該車通過在轉(zhuǎn)向輪設(shè)置檢測(cè)傳感器可以將車載大臂前端作業(yè)艙內(nèi)的工作人員準(zhǔn)確的送到飛機(jī)機(jī)身結(jié)冰處進(jìn)行人工除冰；但該方法中除冰車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高昂，人工除冰效率低，工人工作強(qiáng)度大，除冰過程中使用的除冰、防冰液會(huì)對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染。通過在飛機(jī)蒙皮下方設(shè)置供液裝置、供氣裝置及電阻絲等可以實(shí)現(xiàn)液體除冰、機(jī)械除冰和熱除冰等機(jī)身除冰方式，但這些方式均存在一些不足，如破壞氣動(dòng)外形，裝置復(fù)雜，能耗大等缺陷。例如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種基于彈性蒙皮的飛機(jī)除冰裝置，采用螺釘將彈性蒙皮與執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定在機(jī)翼上，電機(jī)通過凸輪帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生位移，可使翼型前緣的彈性蒙皮發(fā)生周期性拉伸變形，使得除冰效果得到一定程度的提升。但是，該裝置只能用于小型飛機(jī)，裝置較為復(fù)雜，且彈性蒙皮需要定期更換，難以長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身高壓振動(dòng)的工作條件。

在航空鋁合金表面制備超疏水織構(gòu)是一種有效的疏水抗冰策略，當(dāng)前具有多種制備超疏水表面的方法，如電化學(xué)沉積法、氣相沉積法、化學(xué)刻蝕法等，但這些方法都有各自的缺點(diǎn)，制備的疏水織構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性差，不適合在高壓振動(dòng)的環(huán)境中應(yīng)用。激光刻蝕法制備超疏水表面可以得到穩(wěn)定性較高的超疏水織構(gòu)，例如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種獲得階梯狀結(jié)構(gòu)的超疏水表面的方法，該方法通過激光加工孔陣列排列和納米粒子共沉積的方式，獲得機(jī)械穩(wěn)定性較高的超疏水表面，可適用于多種平面的基體。例如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種多功能仿生超疏水表面的制備方法，該方法采用納秒脈沖激光在金屬表面進(jìn)行燒蝕，制備出了微米-納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，采用聚硅氮烷修飾后獲得了超疏水表面，具有操作簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，也可以在不同基體上進(jìn)行功能表面的制備。但是激光刻蝕制備疏水功能表面后，基體材料的力學(xué)性能受表面微溝槽應(yīng)力集中的影響產(chǎn)生下降，使具有疏水功能表面的構(gòu)件在高壓振動(dòng)的復(fù)雜服役環(huán)境下產(chǎn)生裂紋，影響其疲勞壽命，難以長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身所處的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決航空鋁合金超疏水表面機(jī)械穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鋁合金表面激光沖擊壓印微納米顆粒制備超疏水性功能表面的方法，采用激光輻照吸收層表面產(chǎn)生等離子沖擊波，沖擊波壓力使吸收層背面的微納米硬質(zhì)顆粒壓印在材料表面，產(chǎn)生高應(yīng)變率塑形形變，在材料表面形成具有微納米凹坑的多級(jí)結(jié)構(gòu)表面形貌，經(jīng)化學(xué)修飾降低材料表面能后得到超疏水表面。該方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料表面沖擊強(qiáng)化和疏水織構(gòu)的制備，且形成的疏水織構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性較其他制備方式得到提高。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單有效，可大面積的快速制備具有微納多級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水表面。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種鋁合金表面激光沖擊壓印微納米顆粒制備超疏水性表面的方法，包括如下步驟：

對(duì)鋁合金表面預(yù)處理，使表面粗糙度≤0.05μm；

將微納米硬質(zhì)顆粒和微米硬質(zhì)顆粒混合后均勻的預(yù)涂在鋁合金表面的吸收層背面；