[发明专利]利用激光冲击技术制备表面微纳米结构的方法及其应用

说明书

本发明涉及金属材料表面加工技术领域，尤其涉及利用激光冲击技术制备表面微纳米结构的方法及其应用。所述方法包括如下步骤：采用经过光洁化处理的金属材料为加工对象；通过激光冲击成形技术，将具有微米尺度结构的砂纸和/或具有纳米尺度结构的砂纸表面的微结构复刻至金属材料表面，即得。本发明基于脉冲激光诱导的力效应，利用砂纸的模板特点，可在不引入磨削痕迹的条件下实现金属材料局部表面的粗糙化处理，从而避免因材料表面应力状态发生变化而影响材料表面的力学性能的问题；同时，本发明的方法具有不会导致箔材褶皱等破坏性变形的优势。

技术领域

本发明涉及金属材料表面加工技术领域，尤其涉及利用激光冲击技术制备表面微纳米结构的方法及其应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

金属材料表面的润湿性由其化学组成和微观几何结构共同决定,通过改变表面微观几何结构的方法进行表观润湿性的控制就是使表面粗糙化；不同材料结合时，相邻表面的预处理是影响结合强度的重要因素之一，而预处理的主要内容就包括制备粗糙表面。因此，为改变金属材料表面的润湿性或调控多层金属材料贴合加工时的界面强度，技术人员往往需要在待加工材料表面进行粗糙化处理。通过不同方法获得的不同粗糙程度的材料表面一般会呈现不一致的功能特征。不同目数的砂纸具有不同的表面形态及相应的表面粗糙度数值，通常情况下，采用不同目数的砂纸对待加工材料进行研磨处理，便可使得材料表面具备不同的粗糙程度。

然而，本发明人研究发现：金属材料表面在研磨过程中容易被引入磨削划痕，导致材料表面应力状态发生变化，进而影响材料表面的力学性能等。更重要的是，厚度较小的箔材在研磨过程中极易发生褶皱等破坏性变形。因此，寻求更有效且更具有应用前景的表面粗糙化制备方法成为研究人员需要解决的难题。

发明内容

针对常规研磨方法制备粗糙表面易引起服役性能降低的问题，以及常规的机械研磨将箔材表面粗糙化的方法极易导致箔材变形破坏的问题，本发明基于脉冲激光诱导的力效应提出了一种制备表面微纳米结构的方法，从而实现金属材料表面的粗糙化，这种方法具有表面粗糙程度和制备范围精准可控等优势。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

首先，本发明公开一种利用激光冲击技术制备表面微纳米结构的方法，包括如下步骤：采用经过光洁化处理的金属材料为加工对象；通过激光冲击成形技术，将具有微尺度结构的砂纸表面的微结构复刻至金属材料表面，即得。

本发明制备方法的特点之一为：脉冲激光可导致材料表面发生等离子体爆炸，从而形成GPa量级的冲击压力，当在金属材料表面设置具有特定表面粗糙度的砂纸时，脉冲激光诱导的冲击波效应可将砂纸表面形态复刻于金属材料，这种方法能够在不引入磨削痕迹的条件下实现金属材料局部表面的粗糙化处理，这是传统的方法难以具备的。另外，本发明这种方法简单高效、精准可控，可预先设计材料表面的微、纳米化的尺度。

本发明制备方法的特点之二为：本发明采用不同目数砂纸作为模板，进而通过激光冲击成形技术的工艺特点将砂纸的微、纳米结构复刻至表面待粗糙化的材料表面，这种物理制备工艺的思路显著区别于传统的化学制备工艺。

最后，本发明公开所述利用激光冲击成形技术将金属材料表面粗糙功能化的方法制备的产品在金属材料表面润湿性调控以及涂层强度增强等领域中的应用。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明基于脉冲激光诱导的力效应，利用砂纸的模板特点，可在不引入磨削痕迹的条件下实现金属材料局部表面的粗糙化处理，从而避免因材料表面应力状态发生变化而影响材料表面的力学性能的问题。