[发明专利]基于纳秒激光的非晶合金大面积超疏水表面制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳秒激光的非晶合金大面积超疏水表面制备方法，属于激光精密加工技术领域。该方法步骤为：将非晶合金表面进行机械研磨和抛光；对机械抛光后的试样进行超声清洗；对表面干燥洁净的试样在空气中进行激光单点加工，获得微纳米复合结构微孔，并对其进行直径的测量；规划激光点间距再进行激光点阵加工，获得微纳米复合结构表面；将激光点阵加工后的试样放入保温箱中进行退火处理，实现微纳米复合结构表面的超疏水。本发明为非晶合金表面超疏水提供了一种新方法，有助于非晶合金在自清洁，抗结冰和微流体控制方面的应用。本发明的优点在于：环保高效、方法简单、成本低廉，可大面积制备非晶合金超疏水表面。

技术领域

本发明涉及激光精密加工技术领域，特别涉及一种基于纳秒激光的非晶合金大面积超疏水表面制备方法。本发明提出了一种在非晶合金表面制备超疏水结构的新方法，为在非晶合金表面高效率大面积制备超疏水结构提供了一种新的技术方案。在非晶合金表面自清洁，抗结冰和微流体控制方面有着巨大的应用价值。

背景技术

相比于传统的晶态合金，非晶合金由于没有晶界和位错，使其具有优异的断裂强度、弹性极限和耐腐蚀性能，在军事、生物医学和柔性电子学有着广泛的应用。如果其表面能够实现超疏水，非晶合金的应用范围将会进一步拓宽。材料表面微纳结构是实现材料表面超疏水的重要因素，电化学腐蚀可以在非晶合金表面构造微纳结构，但是其重复精度比较低；通过纳米压印的方式可以精确地对非晶合金表面实现微纳结构的加工，但是其加工过程较为复杂，效率比较低。综合重复精度和加工效率考虑，近些年来超快激光刻蚀技术被广范应用于非晶合金表面微纳结构的制备。飞秒激光和皮秒激光可以高效率高精度实现非晶合金表面微纳结构的加工，但是其设备成本高昂，不利于工业大规模的应用，因此价格低廉的纳秒激光器逐步地被应用在非晶合金表面微纳结构加工。此外，实现材料表面超疏水的另一个重要因素是材料表面具有低的表面能，然而目前实现非晶合金表面超疏水大多数是通过化学试剂修饰非晶合金表面微纳结构，降低其表面能来实现的，此种方法获得的超疏水表面工艺复杂且成本较高，且所用化学试剂不利于环境保护。综上，目前急迫需要一种环保高效、步骤简单、高精度、低成本，可大面积制备非晶合金超疏水表面的新方法。

发明内容

本发明的目的在于对非晶合金表面实现超疏水，提供了一种基于纳秒激光的非晶合金大面积超疏水表面制备方法，解决了现有技术存在的不足，本发明有助于非晶合金在自清洁，抗结冰和微流体控制方面的应用。为了实现本发明的上述目的，采用的具体方案为：

首先将非晶合金表面进行机械研磨和抛光，然后对机械抛光后的试样进行超声波清洗，之后将表面干燥洁净的试样在空气中进行激光单点加工，获得微纳米复合结构微孔，对激光烧蚀的微孔进行直径的测量后，规划激光点间距再进行激光点阵加工，获得微纳米复合结构表面，最后将激光加工后的试样放入保温箱中进行退火处理，退火处理后非晶合金表面与水的接触角大于150°，实现了非晶合金表面的超疏水。

作为对上述方案的进一步优化，机械研磨所用碳化硅砂纸目数依次为80#、240#、400#、800#、1200#、2000#和3000#，机械抛光所用抛光布为尼龙抛光布，抛光膏为W0.5的金刚石抛光膏。

作为对上述方案的进一步优化，对试样进行超声清洗的所用液体依次为丙酮、无水乙醇和去离子水，清洗时间依次为5分钟。

作为对上述方案的进一步优化，对试样进行单点加工的激光器为纳秒激光器，脉宽为230ns,波长为1064nm,光斑直径为43μm，频率为50kHz,点雕刻时间为2ms,功率为4.4W；微纳米复合结构微孔包括：纳米级颗粒，微米级裂纹、条纹和圆孔。

作为对上述方案的进一步优化，对试样进行点阵加工的激光器为纳秒激光器，脉宽为230ns,波长为1064nm,光斑直径为43μm，频率为50kHz,点雕刻时间为2ms,功率为4.4W,点阵中点间距为50-130μm；微纳米复合结构表面形貌特征为：微米级结构上遍布纳米级颗粒。

作为对上述方案的进一步优化，试样的退火温度为100℃，时间为12小时。