[发明专利]一种具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法

说明书

本发明公开了一种具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法，包括：步骤1：将待处理不锈钢进行超声波清洗，去除表面污染物，干燥，得到洁净的不锈钢表面；步骤2：用作图软件作微结构二维设计图，将该图形文件导入皮秒激光加工系统振镜控制软件中；步骤3：采用皮秒激光加工系统按照步骤2导入的加工图形对步骤1得到的不锈钢表面进行激光扫描加工处理，制备具有特定形态微结构的不锈钢表面。其采用的皮秒脉冲激光具有典型的超短脉宽、超高峰值功率特性，可以避免长脉冲激光加工易引起的热效应等缺陷，且相比飞秒激光，加工成本低、加工效率高，制得的不锈钢微结构表面摩擦系数显著降低，耐磨性提高，对水的接触角显著增大，疏水性提高。

技术领域

本发明属于金属基微结构功能表面制备及激光微加工技术领域，具体涉及一种具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法。

背景技术

激光直接表面织构技术被用于几乎所有类型的材料表面来改变材料表面性能，如润湿性、耐蚀性、耐磨性以及粘结性等，与传统表面处理方法相比，激光直接表面织构技术具有高精度、重复性好、低消耗、高效率、无工具磨损、不损伤材料本体等优点。现有技术中常用到的微秒-纳秒级脉冲激光刻蚀金属技术，在刻蚀时会引起热效应，进而造成等离子体被吸收、熔融颗粒堆积在表面以及形成热影响区等缺陷，进一步会导致加工精度受影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中激光刻蚀的缺陷，提供一种可以提高不锈钢表面的耐磨性和疏水性的金属表面微结构制备方法。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将待处理不锈钢进行超声波清洗，去除表面污染物，干燥，得到洁净的不锈钢表面；

步骤2：用作图软件作微结构二维设计图，将该图形文件导入皮秒激光加工系统振镜控制软件中；设计三种不同的微结构造型，其中蜂窝型结构是由规则排练的正六边形组成，正六边形边长为140-160μm，优选150μm；条纹结构是由填充间距为9-11μm(优选10μm)的线条排列而成(因光斑直径约14-16μm，所以该条纹结构的重叠率约30％-35％，约4-6μm，优选5μm)；网格结构是由0°和90°方向线条正交，线条平行间距为40-60μm(优选50μm)。

步骤3：采用皮秒激光加工系统按照步骤2导入的加工图形对步骤1得到的不锈钢表面进行激光扫描加工处理，制备具有特定形态微结构的不锈钢表面；其中，皮秒激光加工系统中皮秒激光器脉冲宽度为8-12皮秒，激光波长为532nm，聚焦光斑直径为14-16μm。激光扫描加工处理的工艺参数为：激光功率为25-35W，激光频率为350-450kHz，加工速度为2000-3000mm/s，重复次数5-15次。

作为本技术方案的进一步改进，采用丙酮和无水乙醇对待处理不锈钢进行所述超声波清洗。所述表面污染物至少包括表面油污。

作为本技术方案的更进一步改进，所述超声波清洗的清洗温度为室温，清洗时间为10min-20min。

作为本发明的优选实施例之一，步骤3皮秒激光加工系统中皮秒激光器脉冲宽度为10皮秒，聚焦光斑直径为15μm；激光功率为27W，激光频率为400kHz，加工速度为2500mm/s，重复次数为10次。

采用上述技术方案的具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法，具有如下有益效果：

1、采用皮秒脉冲激光具有典型的超短脉宽、超高峰值功率特性，可以避免长脉冲激光加工易引起的热效应等缺陷，且相比飞秒激光，其加工成本低、加工效率更高。

2、相比传统表面处理方式，如电化学沉积、化学腐蚀等，激光刻蚀操作简便、可根据材料表面情况调整加工参数，形成的表面微结构形态更加可控。