[发明专利]一种在不锈钢表面制备的微纳米自组织结构及制备方法

说明书

一种在不锈钢表面制备的微纳米自组织结构及制备方法，将单面抛光的不锈钢316L薄片表面抛光至镜面光泽，然后依次放入丙酮、酒精以及去离子水中各超声清洗，采用长脉冲光纤激光对清洗后的不锈钢316L薄片进行脉冲激光连续的点射加工，生成微纳米自组织结构，再对微纳米自组织结构进行脉冲激光连续的点射，在316L不锈钢表面制备出大面积二维自组织微纳结构，能够制备出周期性自组织微纳米结构，这种方法操作简便，对加工环境要求低，按照加工工艺参数，可以快速、低成本、大面积地在316L不锈钢表面制备周期性微纳米结构。

技术领域

本发明涉及激光表面微纳结构加工领域，特别涉及一种在不锈钢表面制备的微纳米自组织结构及制备方法。

背景技术

微纳米结构的常规制备方法有表面包覆、表面组织改性、化学处理、激光加工、离子注入和表面刻蚀等，修饰物体表面的物理和化学特性，优化材料表面的疏水、减阻、抗粘附等性能，使原始材料实现减阻、防尘、防水等重要的新型功能。

激光在微纳米结构加工方面也有很多应用研究，主要包括皮秒、飞秒激光、光纤激光等。飞秒激光因为精度高被广泛研究，但飞秒激光价格昂贵，设备对环境要求高，限制其广泛应用。光纤激光器具有相对较低的成本，具有使用环境宽泛、应用领域广、易维护、操作简单方便等优点。然而受到光学衍射极限的限制，光纤激光直写加工的精度限制在微米量级，无法实现纳米级精度的结构制造。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在不锈钢表面制备的微纳米自组织结构及制备方法，能够制备出周期性自组织微纳米结构，实现材料表面润湿性由亲水性到疏水性的转变，具有操作简便、快速、成本低的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种在不锈钢表面制备微纳米自组织结构的方法，步骤如下：

将单面抛光的不锈钢316L薄片表面抛光至镜面光泽，然后依次放入丙酮、酒精以及去离子水中各超声清洗5min，采用长脉冲光纤激光对清洗后的不锈钢316L薄片进行脉冲激光连续的点射加工，生成微纳米自组织结构，再对微纳米自组织结构进行脉冲激光连续的点射，在316L不锈钢表面制备出大面积二维自组织微纳结构。

所述采用的长脉冲光纤激光的具体参数为：激光波长1070nm，功率范围10-100W，脉冲频率1-100KHz，脉冲占空比为50％，激光光束直径为5mm，通过焦距30mm的聚焦镜聚焦产生直径18μm的光斑。

所述采用长脉冲光纤激光制备微纳米自组织结构的具体参数为：室温环境下，激光功率P＝11-21W，脉冲频率f＝1000Hz，脉冲占空比50％，加工材料的运动速率V＝0.6-1.1m/min，加工材料的运动加速度a＝15m/min²。

所述对微纳米自组织结构制备成为大面积二维自组织微纳结构加工参数为：室温条件下，激光功率P＝15W，脉冲频率f＝1000Hz，加工材料的运动速率V＝0.6m/min，加工材料的运动加速度a＝15m/min²，占空比50％，扫描线间隔d＝40-50μm。

所述不锈钢316L薄片规格为50mm×50mm×0.67mm。

一种在不锈钢表面制备的微纳米自组织结构，所述微纳米自组织结构为宽度40±0.3um的月牙状结构，内部包含长度300±0.5nm的小凸起非平滑结构。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

本发明使用低成本的、广泛使用的长脉冲光纤激光，采用一种激光诱导表面自组织结构方法在不锈钢表面制备周期性自组织微纳米结构，实现材料表面润湿性由亲水性到疏水性转变。这种方法操作简便，对加工环境要求低，按照加工工艺参数，可以快速、低成本、大面积地在316L不锈钢表面制备周期性微纳米结构。