[发明专利]一种利用超短脉冲激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法

说明书

技术领域：

本发明属于金属基材表面改性技术领域，涉及铝合金基体上仿生超疏水自清洁表面的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种利用超短脉冲激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法。

背景技术：

在自然界中，人类目前所采用的诸多科学技术都是从大自然中获得灵感和启迪的，超疏水表面是大自然中一种极为常见的现象。例如荷叶的表面就具有很强的疏水性和自洁净功能。荷叶表面的疏水性对人类产生的启示主要是研究超疏水，而自洁净则是超疏水的结果，因此在金属材料上制备出超疏水表面得到越来越多的关注。由于超疏水表面具有特殊的润湿特性，使其在其表面形成特殊的特性，可以达到表面自洁净及抗腐蚀的特性，在许多方面都有广阔的应用前景。人们渴望将超疏水性能应用在工业生产中，尤其是在铝合金基体上制备出超疏水性能的表面。通常规定，超疏水表面是指与水接触角CA大于150°、滚动角TA小于10°的表面。当水滴在超疏水表面与水接触的滚动角小于10度时，该超疏水表面具有自清洁功能，具有自清洁功能的表面可以在液滴滚动的过程中吸附污染物并将其带离表面，从而达到自洁净的目的。

近年来，超疏水性能应用范围也来越广泛，金属材料超疏水的制备，尤其是铝合金超疏水表面的制备越来越受到人们的关注。铝合金因其具有低密度，优良的导热和导电性，较高的强度，而成为重要的结构材料，在航空航天、汽车工业等领域中已得到广泛应用。运用激光的方法直接改变铝合金表面性能，制备具有微纳米尺度双层结构的超疏水表面将是一个有前途的技术研究。金属材料的浸润性是金属表面很重要的一个特征，材料的微观结构以及组成成分共同影响着材料表面的浸润性。在金属上制备超疏水表面的制备方法很多，典型的方法和途径主要有：化学药水腐蚀法、电化学刻蚀+化学腐蚀法、激光刻蚀+化学腐蚀法等，但是这些技术普遍存在化学药水的浸泡，会产生化学污染，步骤繁琐，费时以及制备效率低等缺点，这些缺点都限制了其实际应用。例如，申请号为201310079939.7的专利公开了一种铝合金仿生超疏水表面的制备方法，首先以无水乙醇清洗铝合金，然后在铝合金表面进行激光加工，在试样表面加工出无数微尺度的弹坑状结构，再将试样浸入化学刻蚀溶液中，使试样表面的形貌特征发生改变，但该方法未完全突破传统化学蚀刻的表面处理工艺，采用激光加工工艺后还进一步利用了化学刻蚀，且将经过化学刻蚀后的铝合金试样放入含有DTS的甲苯溶液中进行修饰，在其表面逐渐形成低表面能的薄膜，该处理工艺复杂，且使用了高毒致癌物质甲苯，容易造成环境污染。为了有效地获得超疏水表面，还需要用低表面能物质对表面进行必要的修饰，加工的效率并不高。例如，申请号为201410657627.4的专利公开了一种超疏水高粘附金属表面及其制备方法，通过高功率皮秒或飞秒激光在金属表面制备类玫瑰花表面微观结构的周期性微纳米结构，再通过低自由能物质的表面修饰，实现了超疏水高粘附金属表面的制备，该方法采用低表面能物质对表面进行必要的修饰，加工效率低。最近也有国内外学者利用飞秒激光器一步法制备超疏水自清洁的铂、钛、铜等表面。例如，申请号为201410788477.0的专利申请公开了一种钛合金表面超疏水微纳结构的制备方法，先对钛合金样品分别用丙酮和无水酒精进行超声波清洗，得到表面干净的钛合金样品；然后对表面干净的钛合金样品表面进行飞秒激光光刻加工，一步得到具有光栅型或井型或圆形盲孔型超疏水微纳结构表面的钛合金样品。申请号为200910021923.4的专利公开了一种飞秒激光制备金属表面超疏水微结构的方法，虽然这些利用飞秒激光器能加工出非常精确的微观结构表面，但是这种简单的方法也不能掩盖飞秒激光器固有缺点，如价格及其昂贵、加工效率低、加工环境苛刻的缺陷。

综上所述，通过简单易操作高效的方法在铝合金材料上制备出大面积超疏水表面，而且不产生任何化学污染的新工艺，对于提高效率、节能、保护环境等具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单，制备效率高、绿色环保的铝合金超疏水自清洁表面的制备方法。本发明的方法可在各种尺寸和不同形状的铝合金材料表面获得长期稳定的、接触角大于150°、滚动角小于10°的超疏水自清洁表面，同时制得的表面还具有出色的耐摩擦耐腐蚀性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种利用超短脉冲激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将待处理的铝合金表面进行抛光预处理，得到表面抛光后的铝合金样品；