[发明专利]一种在不规则金属表面远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法

说明书

本发明提出一种在不规则金属表面远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法，属于多功能材料的制备技术领域，采用飞秒激光光丝加工以及硬脂酸表面硅烷化处理相结合的方法来实现在金属样品表面上快速大面积远程制备多功能表面，通过程序化控制二维位移平台的运动轨迹来实现飞秒激光光丝对样品的连续弓字型扫描，进而对样品进行硬脂酸表面硅烷化处理，最终在金属样品表面上实现具有抗腐蚀特性表面的制备，由于光丝核区的激光强度是恒定的，因此结合光丝和传统的飞秒激光表面加工技术，可以加工不规则的样品表面；又由于光丝直径大以及传播距离远的特点，可进行远程快速制备。制备的表面水接触角可高达160°以上，并且可将腐蚀速率降低6个数量级。

技术领域

本发明属于抗腐蚀材料的制备技术领域，具体涉及一种在不规则 304不锈钢表面上远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法。

背景技术

金属的腐蚀在自然界是一种非常普遍的现象，尤其是在海洋中。但是，它可能会引起许多问题，例如，全世界每年因为腐蚀造成的经济损失高达4万亿美元。在金属材料中，不锈钢因为成本低、机械性能适中、易于制造等优异性能成为了一种被广泛使用的重要金属材料，在建筑和工业的发展中发挥着不可低估的作用。但是不锈钢在潮湿环境中较为容易被腐蚀，特别是当液体含有卤族元素离子时。因此，提高金属材料特别是不锈钢材料的耐腐蚀性能至关重要。

现有技术中采用的方法通常有涂层制造、改变元素含量、制造钝化层和添加缓蚀剂，都已被证明可以提高钢的耐蚀性。但是在这些技术中，添加耐蚀涂层可以防止腐蚀介质直接接触不锈钢，从而提高不锈钢的耐蚀性。然而，在腐蚀性介质中，当表层产生裂纹和气孔时，很容易导致局部腐蚀的形成。此外，涂层与基体的附着力较弱，在腐蚀性介质中会发生剥离。因此，解决这一缺陷是很重要的。

值得庆幸的是，受自然界生物材料的启发，如荷叶、蝴蝶翅膀和鲨鱼皮等，科学家发现金属表面的微纳米结构可以改善材料表面的性能，并制造出多功能表面材料，表面润湿性就是这些性能中的一项，通过调节表面润湿性，科学家们可以在金属材料表面制备出具有特定微纳结构表面，从而显著提高金属材料的抗腐蚀性能。利用飞秒激光制备表面微纳结构具有许多显著优点。然而，传统的飞秒激光加工由于是紧聚焦，因此无法加工不规则甚至粗糙的表面。同时，由于飞秒激光的聚焦点直径是微米量级的，所以无法进行远程快速制备。

发明内容

为了克服现有技术中飞秒激光无法在不规则表面进行远程快速制备等问题，本发明提出了一种在不规则金属表面远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法，该方法利用飞秒激光光丝加工以及硬脂酸表面硅烷化处理相结合，在304不锈钢面样品表面上实现远程快速大面积制备抗腐蚀表面；飞秒激光成丝是克尔自聚焦效应和等离子体的散焦效应之间复杂的动态平衡的结果，在光丝中，光丝核区的激光强度几乎恒定不变，其值在10¹³～10¹⁴W/cm²范围内；光丝的长度从几厘米到几米，可以由输入能量和外部聚焦条件来控制，灯丝芯的直径约为 100μm。由于光丝核区的激光强度是恒定的，因此结合光丝和传统的飞秒激光表面加工技术，可以加工不规则的样品表面；又由于光丝直径大以及传播距离远的特点，可以进行远程快速制备。

本发明提出的一种在不规则金属表面远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法，制备出平面或曲面的金属表面的抗腐蚀性能提高5～6 个数量级，使不锈钢材料表面具备抗腐蚀特性。

本发明通过如下技术方案实现：

一种在不规则金属表面远程快速大面积制备抗腐蚀结构的方法，具体步骤如下：

步骤一：搭建飞秒激光光丝表面微纳加工系统，如图1所示；

步骤二：依次用1000、2000、5000和7000目打磨金属样品表面，将表面打磨光滑；

步骤三：将金属样品依次放在丙酮、乙醇以及去离子水溶液中进行超声清洗，并将清洗后的样品放置在恒温干燥箱中干燥，最后放置在二维位移平台上；