[发明专利]一种利用超快激光技术制备金属超疏水仿生表面方法有效

专利信息
申请号: 201611191896.1 申请日: 2016-12-21
公开(公告)号: CN108393588B 公开(公告)日: 2019-11-12
发明(设计)人: 马国佳;张伟;刘星;孙刚;张晓兵 申请(专利权)人: 中国航空制造技术研究院
主分类号: B23K26/352 分类号: B23K26/352;B23K26/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100024 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 金属 样件 超快激光 仿生表面 超疏水 制备 超声波清洗 减阻 微纳加工技术 形貌 微结构加工 效果最大化 飞秒激光 飞行环境 机械研磨 金属表面 微纳结构 液体溶液 诱导处理 氟硅烷 滤光镜 圆偏振 抛光 防潮 吹干 防冰 放入 浸泡 取出 下水 停留 加工 制造 成功
【说明书】:

本发明公开了一种利用超快激光技术制备金属超疏水仿生表面方法,涉及仿生表面制造技术领域,包括以下步骤:金属样件进行机械研磨及抛光;金属样件进行超声波清洗;将超快激光更换为圆偏振滤光镜,然后进行微纳结构诱导处理;金属样件进行减阻微结构加工;将加工后的金属样件进行超声波清洗,之后放入氟硅烷液体溶液中浸泡,取出吹干。该方法充分利用了飞秒激光微纳加工技术特点,成功地制备了同时具有超疏水和减阻形貌的表面,最大限度的减少飞行环境下水滴在金属表面的停留,从而达到防潮、防冰效果最大化。

技术领域

本发明涉及仿生表面制造技术领域,具体涉及一种利用超快激光技术制备金属超疏水仿生表面方法。

背景技术

如果金属表面具有超疏水功能,将使其在防水、防潮、防腐及防冰雪等方面应用具有较大潜力,自然界中的一些动植物表皮给了我们重要启示,这些表皮具有超疏水、自清洁及减阻等功能。研究表明在水中游动的鱼类或在空气中飞行的鸟类具有低阻力和低噪声特性,并具备超疏水特征,这种特性与生物体表的形态密切相关。典型生物表皮如鲨鱼皮结构,其表面宏观上看是排列整齐的沟槽状结构,进一步放大会发现其表面许多整齐排列的“皮质鳞突”组成,这些鳞突在长度方向有凹槽,可以调整水在其表面的流动。这些凹槽同时可阻止漩涡或者是湍流旋涡的形成,同时鲨鱼表面还会分泌一种低表面能的粘液,从而使其游动是具有较小的阻力。另外此类结构还具有疏水自清洁功能,如:以荷叶为典型代表的植物叶表面,它是由表面疏水的蜡状物质材料和微纳复合结构的乳突共同引起的,在扫描电镜下,我们可以看到荷叶表面是由许多间距为20-50μm,平均直径为5-9μm的乳突构成,而每个乳突表面又布满平均直径为124.3nm左右的纳米结构,并在乳突之间也同样布满纳米结构,这使得它具有超疏水功能,其与水的接触角达到162°左右,滚动角小于2°,灰尘等表面污染物可以被滚落的水滴带走而不留下任何痕迹。科研工作者对于动植物表面超疏水及减阻功能研究表明:其功能的实现主要有两个因素决定:一个是表皮为低表面能材料或分泌出低表面能液体,另一个则是表皮上具有超疏水或减阻的微纳二级结构。

基于上述两个原则,科研工作者进行了较为广泛的研究。采用机械加工(见专利1:CN201610217538.7,一种超疏水金属表面的制备方法,该方法首先在钛及其合金、铝及其合金等表面打磨预处理以获得具有一定微纳米结构的表面,然后使用硅烷或硅氧烷在基体表面进行修饰,通过此种方法可以获得与水接触角为160°左右的超疏水金属表面)、颗粒填充及自组装等化学法、等离子刻蚀、化学腐蚀以及光刻等多种方法制备了仿生表面,这些方法制备的表面按照其结构状态可以分为有序微结构和无序微结构两种。有序微结构更可控,可以通过调节其尺寸、形貌、疏密及排布来调控表面的功能,因此得到更广泛关注。近些年发展出来的超快激光技术,由于具有超快、超强及类冷加工特性而得到广泛研究。采用超快激光对金属表面进行微纳仿生制造通常有两种技术,一种是超快激光直写技术,它是一种无掩膜加工,在计算机内输入所需加工图形的扫描路径和参数,然后直接用激光扫描材料表面,刻出所需图形;另一种是激光诱导技术,采用超快激光直接辐照材料表面,由于波长、电场偏振、脉宽共同作用,产生辐照损伤,从而形成周期性微纳结构。目前对于超疏水或减阻表面采用较多的是超快激光直写技术,首先在金属表面采用超快激光直写出所需的微纳结构,然后再进行低表面能修饰,进而形成具有超疏水自清洁或减阻的仿生表面。

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