[发明专利]一种利用飞秒激光快速制备钛合金仿生超疏水表面的方法

说明书

一种利用飞秒激光快速制备钛合金仿生超疏水表面的方法，步骤如下：S1、对钛合金表面进行预处理；S2、激采用飞秒激光在钛合金表面进行激光刻蚀，在钛合金表面形成双尺度微纳结构，即在钛合金表面形成排列有序的周期性微米级类乳突状结构，类乳突状结构上密集分布有纳米级颗粒棒状结构，激光刻蚀后清洗去除钛合金表面烧蚀的熔融粒子或杂质粒；激光刻蚀的具体参数为：激光脉宽为275fs，单脉冲能量为3.1‑3.6μJ，频率为50‑900kHz，扫描速度为50‑900mm/s，扫描间距为10‑50μm，扫描次数为10‑30次，扫描路径为网格状；S3、将激光刻蚀后的钛合金放置于130‑170℃的保温炉中保温7.5h‑8.5h，取出后清洗去除钛合金表面的烧蚀碎片或污染物。本发明方法可简单高效地实现钛合金仿生超疏水表面的制备。

技术领域

本发明涉及一种利用飞秒激光刻蚀结合时效处理快速制备钛合金仿生超疏水表面的方法，属于金属基材表面改性技术领域。

背景技术

钛合金作为二十世纪五十年代发展起来的合金，广泛应用于航空航天、海洋船舶、汽车、医疗等领域。钛合金有很多优质特点：如钛合金密度小仅为钢的十分之六，生物相容性好，还具有低弹性模量和高硬度，低密度和较高的比强度，较好的低温性能和高温性能。钛合金在应用时难免会遇到灰尘堆积、结冰覆雪、生物粘附与腐蚀环境等问题。如果通过一定的表面处理在钛合金表面制备超疏水表面，可以使得钛合金表面有防水、防雾、防结冰、自清洁等基本功能，从而使钛合金得到更广范围的应用。

在自然界中，有许多具有层次结构的植物表面被认为是自清洁表面，如荷叶，表面有许多规则的微小突起，表层还有一层纳米级蜡质的棒状和微米级别的乳突，这些微纳结构和表层的疏水物质共同作用下，水滴落在上面会呈现完美的球形，水滴落在荷叶上不会停留，在滚落荷叶的时候还会带走表面的灰尘和污垢使荷叶表面保持清洁。

研究表明表面粗糙结构和低表面能为实现的必备条件。因此，基于这两条路径，仿生制备超疏水表面的方法层出不穷，包括化学刻蚀法、阳极氧化法、气相沉积法、机械加工法、溶胶凝胶法、模板法等方法。但是这些方法普遍工艺繁琐，或是用到浓酸浓碱对操作者以及环境造成不利影响。因此，亟需一种环境友好，易实现且工艺简单的制备钛合金仿生超疏水表面的方法。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种利用飞秒激光快速制备钛合金仿生超疏水表面的方法。该方法首先通过飞秒激光刻蚀钛合金表面形成微纳米结构，再结合时效处理降低钛合金表面的表面能，实现钛合金仿生超疏水表面的制备，整个制备过程简单高效，易于实现且环境友好。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种利用飞秒激光快速制备钛合金仿生超疏水表面的方法，其步骤如下：

S1、预处理：对钛合金表面进行预处理；

S2、激光刻蚀：采用飞秒激光在预处理后的钛合金表面进行激光刻蚀，在钛合金表面形成双尺度微纳结构，即在钛合金表面形成排列有序的周期性微米级类乳突状结构，类乳突状结构上密集分布有纳米级颗粒棒状结构，激光刻蚀后清洗去除钛合金表面烧蚀的熔融粒子或杂质粒；

所述激光刻蚀的具体参数为：激光脉宽为275fs，单脉冲能量为3.1-3.6μJ，频率为50-900kHz，扫描速度为50-900mm/s，扫描间距为10-50μm，扫描次数为10-30次，扫描路径为网格状；

S3、时效处理：将激光刻蚀后的钛合金放置于130-170℃的箱式保温炉中保温7.5h-8.5h，取出后吹扫去除钛合金表面的烧蚀碎片或污染物。

本发明的原理是：