[发明专利]一种高灵活性的非晶合金表面大面积微结构制备方法

说明书

本发明涉及一种高灵活性的非晶合金表面大面积微结构制备方法，属于材料表面微结构制备技术领域。包括以下步骤：(1)对非晶合金材料表面进行研磨抛光处理，之后清洗并吹干；(2)以氩气作为保护气体，对步骤(1)所得的非晶合金表面以设定的激光辐照参数进行纳秒激光点辐照，获得单点微凸起结构；(3)测得单点微凸起结构的直径，并根据所需制备大面积微结构的形状和尺寸要求确定相邻辐照点间的相对位置，随后在计算机软件中绘制相应的图案；(4)借助于计算机程序控制激光束的轨迹实现步骤(3)中绘制的图案的加工。本发明可在非晶合金表面灵活地制备出具有不同形状和尺寸的大面积微结构，在仿生表面科学、模具成型、表面润湿性调控等领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料表面微结构制备技术领域，特别涉及一种高灵活性的非晶合金表面大面积微结构制备方法，在仿生表面科学、模具成型、表面润湿性调控等领域有着巨大的应用前景。

背景技术

作为一种典型的非晶态材料，非晶合金内部原子排列呈短程有序而长程无序状态。这种特殊的结构赋予了非晶合金一系列非凡且迷人的性能，例如较高的强度、硬度和断裂韧性，极好的生物兼容性等。因此，非晶合金被视作具有极大发展潜力的功能材料。同时，已有研究表明，非晶合金表面的大面积微结构制备具有广阔的应用前景，比如可应用于表面润湿性调控、表面耐磨、表面防结冰等诸多相关领域。目前非晶合金材料表面的大面积微结构制备常用微切削和热塑成形等手段；其中，利用微切削技术制备表面微结构需要昂贵的超精密机床以及微切削刀具，同时对于具有较高硬度的非晶合金来说，大面积微结构的制备过程中会产生严重的刀具磨损问题，从而使得所制备的微结构的规则性变差。热塑成形技术在实现过程中需要制备相应的模具且工艺复杂，灵活性也较差。除了这两种常用的加工手段外，纳秒激光技术在近些年来也被逐渐应用于非晶合金表面微结构的制备。例如，Yunhu Zhu在2016年《OpticsLaser Technology》第83卷21-27(Effect of nanosecondpulse laser ablation on the surface morphology of Zr-based metallic glass)中利用纳秒激光辐照的方法在块体非晶合金表面制备了周期性的波纹结构。然而，该波纹仅出现在烧蚀区域的外围，不适合于大面积加工，另外其特征间距不可控。

因此，提供一种灵活高效的在非晶合金表面制备大面积微结构的方法，解决现有的技术问题，从而进一步提升非晶合金的功能应用实属必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵活性的非晶合金表面大面积微结构制备方法，解决了现有技术存在的上述问题。利用本发明的方法，通过控制纳秒激光辐照非晶合金过程中的相邻辐照点间的相对位置，可灵活高效地制备出线状、点阵、圆形、方形等具有不同形状和尺寸的大面积微结构，在仿生表面科学、模具成型、表面润湿性调控等领域有着巨大的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种高灵活性的非晶合金表面大面积微结构制备方法，包括以下步骤：

(1)对块体非晶合金材料表面进行研磨抛光处理，去除表面氧化层，之后依次在乙醇和去离子水中进行超声波清洗，利用冷风吹干得到洁净的非晶合金表面；

(2)以氩气作为保护气体，对步骤(1)所得的非晶合金表面以设定的激光辐照参数进行纳秒激光点辐照，获得单点微凸起结构；

(3)将非晶合金取下，利用激光共聚焦显微镜测得单点微凸起结构的直径，并根据所需制备大面积微结构的形状和尺寸要求确定相邻辐照点间的相对位置，随后在计算机软件中绘制相应的图案；

(4)借助于计算机程序控制激光束的轨迹实现步骤(3)中绘制的图案的加工，最终在非晶合金表面制备大面积微结构。