[发明专利]一种利用短脉冲激光制备黄铜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，涉及一种黄铜基材表面改性技术，更具体地说，本发明涉及一种利用短脉冲激光制备黄铜超疏水自清洁表面的方法。

背景技术

自然界当中有很多植物花叶表面具有非常突出的自洁功能，例如玫瑰花等植物的花瓣表面就具有非常突出的超疏水性，这些性能在材料防腐蚀、抗氧化等方面有非常广泛的应用前景，由此引起了金属表面浸润性在相关领域的应用。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。超疏水表面的实质是拥有极低的浸润性，而要获得低浸润性主要取决于两个基本因素，即固体表面的微观几何结构和表面化学成分。判断表面的疏水性或低润湿性通常用瞬时接触角或滚动角作为判定准则：当水滴在固体表面上，接触角大于90°时，称为疏水表面；其接触角超过150°，滚动角小于10°时，则被称为超疏水性表面。

H62黄铜材料由于其出色的防腐蚀性以及其他优异的性能，被广泛地应用于机械行业，医疗行业，电子电气行业等行业。H62黄铜超疏水表面技术在先进制造业和国防工业当中有着非常重要的作用。用激光技术加工H62黄铜表面，使H62黄铜表面形成自清洁的超疏水表面，非常具有应用前景。

制备金属超疏水表面的方法有很多，主要的方法是在材料表面构造一层粗糙的微结构，然后在这层微结构上加上低表面能的物质，形成粗糙微结构的主流方法有阳极氧化法，纳秒材料涂层法，化学刻蚀法，激光刻蚀法等。阳极氧化法就是将多孔氧化铝凝胶浸入沸水当中，然后将升华的材料和铝石或者硅石混合，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。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。激光加工法是在金属基材表面光刻出形态高度一致的微结构，改善基材表面形貌实现基材表面超疏水自清洁要求，相比化学腐蚀方法，不但加工的速度快，还不需要在材料表面加一层修饰层，大大地提高了加工效率，而且没有任何环境污染，加工效率高而且成本低，适合大规模工业化应用。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，虽然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。申请号为200910183588.8的专利公开了一种仿生金属超润湿跨尺度结构设计方法与制备方法，该方法通过复杂的超亲水理论设计，将待处理样品置于高真空室中，分别在不同角度下进行两次扫描，最终获得接近自然生物表面形貌的跨尺度微结构，但是该方法需严格控制各项工艺参数，处理成本过高，完全不适合工业化大规模生产。

综上所述，亟待开发出一种工艺简单，制备效率高，适用于产业化应用，不产生任何环境污染且一次性实现金属基材表面超疏水易清洁性能而无需经过任何化学工艺处理的激光加工方法，是目前科研工作者亟待解决的技术问题。

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、绿色环保的黄铜超疏水自清洁表面及其制备方法。本发明的方法可在各种尺寸和不同形状的黄铜材料表面获得长期稳定的、接触角大于150°、滚动角小于10°的超疏水表面，同时制得的表面还具有出色的自清洁性能。

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