[发明专利]一种红外激光刻蚀铝合金微结构功能表面的方法

说明书

本发明公开了一种红外激光刻蚀铝合金微结构功能表面的方法，该方法为：将铝合金样品依次使用无水乙醇和蒸馏水进行超声波清洗；用红外激光打标机在预处理铝合金表面刻蚀微结构，刻蚀出光栅状微结构，再依次使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗去除熔渣，得修饰前刻蚀铝合金，放入0.1mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，可制备出超疏水表面的铝合金。

技术领域

本发明属于金属基表面改性技术领域，尤其涉及一种红外激光刻蚀铝合金微结构功能表面的方法。

背景技术

铝与铝合金是一种应用非常广泛的金属材料，因为具有密度小、比强度高、价格低廉且易于加工等特点，被广泛应用于航空航天、交通、机械制造和建筑工程等领域中。虽然铝合金自身具有良好的耐腐蚀性，但是在船舶和潜航行业，由于海水中溶解有各种盐分，存在各种离子，尤其是氯等还原性离子，会造成铝与铝合金表面耐腐蚀的氧化铝薄膜被电解，极大地降低铝合金的耐腐蚀性。由于船舶与潜艇长久的浸泡于海水中，会粘附有大量的海洋生物，增大航行过程的阻力，增加了航行和维护的成本。所以改变铝合金材料表面的亲水性，扩大铝合金材料在航海方面的应用，具有重要意义。

通过观察荷叶的表面结构，Barthlott等发现荷叶表面存在的微米和纳米级的结构以及外层的低表面能物质是荷叶具有超疏水性和自清洁性的关键。研究发现，当基体表面的水接触角大于150°，滑动角小于10°时，该表面具备超疏水性能。这一发现对仿生学有着重要的意义，引起了大量学者的极大的关注。通过模仿荷叶表面的微结构以及使用低表面能物质修饰，人们可以制备出人造超疏水表面。超疏水表面具有许多的优点，在防冰霜、防腐蚀、耐摩擦、滑移减阻、自清洁等方面具有巨大的应用价值。例如，在轴承表面构造微结构，可增加其耐摩擦性能，有效提高其使用寿命；在机械心脏瓣膜上制备超疏水表面，可以改善血液相容性，避免血栓的形成；在厨房、卫生洁具上使用超疏水技术，可以减少清洁剂和水资源的使用，节能环保；在船舶、深海潜水器上运用超疏水技术，可以减小水流阻力，增加耐腐蚀性，减少燃油的使用，降低成本；在电缆上运用超疏水材料，能大幅的增加其防覆冰性能，增强电网系统抵抗冰雪灾害的能力。因而，使用红外激光打标机在铝合金表面制备出具有超疏水性能的微结构功能表面，可以提高铝合金的耐摩擦、防腐蚀、防冰霜、自清洁、减阻等性能，扩大铝合金的运用场合。

目前，适用于金属基材的制备超疏水表面的方法主要是层层自组装法、激光刻蚀法、化学刻蚀法、电化学刻蚀法等。激光刻蚀法由于加工质量好，表面微结构稳定，加工过程可控，易于实现自动化等优点受到人们的大量关注。例如申请号为201510280015.2的专利公开了一种利用超快激光制备锌合金超疏水自清洁表面的方法，采用飞秒激光用特定的加工参数，无需表面修饰经过恒温保湿箱烘干后制备出超疏水表面。申请号为201510279954.5的专利公开了一种利用超快激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，采用在经过预处理的304不锈钢表面用超快激光刻蚀出纳米级的颗粒状、片状或凸起状结构，获得接触角大于150°的超疏水表面。申请号为201710470109.5的专利公开了一种铝合金表面超疏水微结构的纳秒激光二次扫描制备方法，采用纳秒激光在铝合金表面扫描两次从而制备出阵列锥形体与类似鸡蛋托盘状的微结构，使铝合金表面获得超疏水性能。上述的几种激光刻蚀方法均可以获得较好的超疏水表面，然而也存在一定的问题，如使用飞秒/纳秒激光器成本很高，加工效率低(两次扫描使得加工时间增长一倍)不适合批量生产。寻找出工艺简单成本低廉的方法制备出稳定的超疏水表面，将实验方法运用到工厂生产变得尤其重要。

发明内容

本发明的目的是解决飞秒/纳秒激光器成本很高，加工效率低的缺点，提供一种激光刻蚀铝合金微结构功能表面的方法。

为了实现以上的目的，本发明一种红外激光打标机制备铝合金超疏水功能表面的方法，采用以下步骤：

(1)预处理：将铝合金表面依次使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，干燥，得预处理铝合金；

(2)刻蚀：用红外激光打标机在步骤(1)所得预处理铝合金表面刻蚀微结构，得刻蚀铝合金；