[发明专利]一种不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法

说明书

本发明公开了一种不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法，包括以下步骤：1)取不锈钢块状试样，侧面焊上导线后用环氧树脂封装；2)采用设定激光功率密度和直径的圆形光斑或边长的方形光斑对试样表面进行第一次激光喷丸处理，且相邻光斑相切，各光斑相切形成若干冲击区域；3)将试样浸泡在NaNO₃+NaCl的溶液中，对试样进行恒电位极化；4)采用逐渐小于步骤2中设定的直径或边长的光斑对试样表面进行第二次至第N次激光喷丸处理。本发明通过对不锈钢试样表面进行多次激光喷丸以及通过调整恒电位极化时间和极化电位值，使得试样表面的点蚀坑尺寸低至需求的亚微米或纳米等级，从而实现制备表面微结构的目的，操作简单、调节和控制方便。

技术领域

本发明涉及一种不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法，尤其是指一种基于激光喷丸表层残余应力分布梯度诱导不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法。

背景技术

受动植物表面微结构功能的启发，为获得超疏水、耐磨、减阻、防污等功能的器件或结构件，逐渐发展了多种制备材料表面微结构的方法。目前微结构阵列的加工方法主要有激光机工、微细电火花加工、微细超声加工、微细化学加工及微细电化学加工等等。其中微细电化学加工方法相较于其他方法具有加工效率高、成本低，不会产生热效应及残余应力的优点。尤其是近年来掩膜微细电解加工技术发展起来，将光刻技术与电化学加工技术结合，使得加工效率进一步得到提高。然而目前的微细电化学加工后的微结构尺寸多为数十微米量级，而加工亚微米乃至纳米微结构则需要复杂的工艺以及设备才能实现，加工效率低且成本高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有微细电化学加工方法加工亚微米乃至纳米微结构则需要复杂的加工工艺以及设备才能实现而导致加工效率低且成本高的问题，提供一种操作简单、调节和控制方便的不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种不锈钢电化学极化制备表面微结构的方法，包括以下步骤：

步骤1、取不锈钢块状试样，侧面焊上导线后用环氧树脂封装；

步骤2、采用设定激光功率密度和直径的圆形光斑或边长的方形光斑对试样表面进行第一次激光喷丸处理，且相邻光斑相切，各光斑相切形成若干冲击区域；

步骤3、将试样浸泡在NaNO₃+NaCl的溶液中，对试样进行恒电位极化；根据试样材料的不同，调整恒电位极化时间和极化电位值，直到试样表面的点蚀坑尺寸低至亚微米或纳米等级；

步骤4、采用逐渐小于步骤2中设定的直径或边长的光斑对试样表面进行第二次﹒﹒﹒﹒﹒﹒第N次激光喷丸处理，直到设定直径的圆形光斑或边长的方形光斑达到激光喷丸设备的最小光斑直径或边长，同一冲击区域的两个光斑为同心状态。

进一步地，所述步骤1的具体内容为：

取不锈钢块状试样，侧面焊上导线后用环氧树脂封装，然后采用水磨SiC砂纸打磨试样的表面而产生方向一致均匀的划痕。

作为一种优选的方案，所述步骤2的具体内容为：

采用直径3mm的圆形光斑，激光功率密度为3GW/cm²，各个光斑相切形成9宫格型冲击区域。

进一步地，所述步骤3的具体内容为：

将试样浸泡在NaNO₃+NaCl的溶液中，通过电化学工作站对试样进行恒电位极化；电化学工作站根据试样材料的不同，调整恒电位极化时间和极化电位值，直到试样表面的点蚀坑尺寸低至需求的亚微米或纳米等级。

作为一种优选的方案，还包括步骤5、对试样表面进行有限元模拟，以获得采用多次变光斑尺寸对同一个冲击区域进行激光喷丸产生梯度的残余应力分布图。

实施本发明，具有如下有益效果：