一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，包括将船体钢样品表面进行抛光预处理；将经过抛光预处理后的船体钢样品表面进行清洗并晾干，得到洁净的船体钢样品表面；采用脉冲激光对船体钢样品表面进行激光扫描处理，在船体钢样品表面形成微结构；将船体钢样品经过自然时效处理或保温处理，制备得到船体钢样品超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面。本发明专利技术采用的激光制备方法工艺简单、技术成熟，仅改船体材料表层的化学组成与结构，而不改变其任何体组成、结构与特性；本发明专利技术工艺简单且安全可靠，适用于加工各种形状及规格的船体，适用于大规模的面积制备。

Preparation method of super hydrophobic surface of ship hull steel by pulse laser

The invention relates to a preparation method of using pulsed laser preparation of hull steel superhydrophobic surfaces, including the hull steel sample surface polishing pretreatment; after polishing after pretreatment of the hull steel sample surface cleaning and dry, clean the hull steel surface by pulse laser; laser scanning on the hull the surface of steel sample, in the form of hull steel sample surface micro structure; the hull steel samples after natural aging treatment or heat treatment, the prepared samples of hull steel super hydrophobic, corrosion resistant, waterproof adhesion surface. The invention adopts the method of preparation of the laser system is simple, mature technology, chemical composition and structure of the surface modified only hull material, without changing any of its body composition, structure and properties; the process is simple and safe and reliable, suitable for the processing of various shapes and specifications of the hull, suitable for large area preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法
本专利技术涉及金属基材表面改性
，尤其涉及一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法。
技术介绍
船舶是一种重要的交通运输工具，特别是在国际贸易中扮演着重要的作用。目前，随着能源危机和环境保护越来越受到人们的重视，船舶的节能减排己成为研究的热点。船体防污和减阻技术是实现节能减排的有效途径，一直以来也受到人们高度的重视。但人们总是从防污或减阻某一方面进行相关研究，实际上防污和减阻有一定的联系，防污的目的之一就是减阻，许多减阻技术的前提条件也是要求船体有防污能力，反过来减阻也会在一定程度上促进防污，所以有必要开展船体防污减阻协同作用的研究。当船体受到污损生物附着和腐蚀之后时，船体表面变得更加粗糙，船在前进过程中，附着污损生物增加了船体的重量，并且污损生物的存在还会带动周围水体一起向前运动，造成阻力大幅增加。假如船动力一定，阻力的增加会降低船速；相应地，为了保持原来的速度必然要增加动力。这显然会造成燃料的过渡消耗，甚至行程的延误。同时污损生物的附着还会加速船体的腐蚀，增加船舶返坞维修次数。所以人们很早就关注船体防污和防腐蚀技术的研究，也取得了一系列的成果。船舶在运动过程中，受到的阻力主要包括:兴波阻力、压差阻力(形状阻力)、摩擦阻力等，其中摩擦阻力是最主要的组成部分，约占全部阻力的70％-80％。阻力的存在造成了大量的能源消耗和有害气体的排放。减阻主要从优化船型方面减小兴波阻力和压差阻力，或通过改造物体表面结构方面改变流体边界层的状况来减小摩擦阻力。综上所述，防污减阻有助于提高船速，减少燃料消耗，符合环境保护和节能减排的要求，有着显著的经济和环境效益。申请号为CN201010549677.2的专利公开了一种常温固化防污减阻水凝胶软涂层的制备方法，涂层在可以用来制备船舶防污减阻材料，化学涂层成本高且使用了大量的化学试剂，对环境污染较大。申请号为CN201410194045.7公开了一种组合物固化后表面具有超光滑和自润滑的性质，明显减小平板摩擦阻力。此方法同样会产生许多污染，不利于环保的要求。综上所述，开发出一种工艺简单，制备效率高，适用于产业化应用，且不产生任何环境污染，能实现耐蚀,防水生物附着的多功能船体表面，是目前科研工作者亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将船体钢样品表面进行抛光预处理；步骤2：将经过抛光预处理后的船体钢样品表面进行清洗并晾干，得到洁净的船体钢样品表面；步骤3：采用脉冲激光对船体钢样品表面进行激光扫描处理，在船体钢样品表面形成微结构；步骤4：将船体钢样品经过自然时效处理或保温处理，制备得到船体钢样品超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术采用的激光制备方法工艺简单、技术成熟，仅改船体材料表层的化学组成与结构，而不改变其任何体组成、结构与特性。与使用化学试剂和涂层对船体材料表面改性相比，激光加工效率高，能耗少，成本低且绿色环保；(2)采用本专利技术方法，可在宽的工艺条件范围内获得(水的接触角大于150°)的船体材料表面，对于实际的应用有很重要的作用；(3)本专利技术工艺简单且安全可靠，适用于加工各种形状及规格的船体，适用于大规模的面积制备。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步：所述脉冲激光的波长范围为800-1100nm，所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-240ns，所述脉冲激光的重复频率范围为50Hz-1MHz，所述脉冲激光的单脉冲能量范围为0.3mJ-0.6mJ。进一步：所述脉冲激光的波长为800nm；所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-550fs，所述脉冲激光的能量范围为40μJ-70μJ。进一步：所述脉冲激光的波长为1064nm，所述脉冲激光的脉宽为240ns，所述脉冲激光的能量范围为0.3mJ-0.6mJ。进一步：采用振镜扫描系统对船体钢样品表面进行激光扫描处理，扫描速度范围为0.1mm/s-30m/s，直至对船体钢样品表面扫描完毕，脉冲激光的通断及振镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定。进一步：采用多棱镜扫描系统对船体钢样品表面进行激光扫描处理，扫描速度范围为1m/s-800m/s，直至对船体钢样品表面扫描完毕，脉冲激光的通断及多棱镜扫描系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定。进一步：采用运动平台系统对船体钢样品表面进行激光扫描处理，扫描速度范围为0.1mm/s-3m/s，直至对船体钢样品表面扫描完毕，脉冲激光的通断及平台的运动轨迹和速度均由计算机程序控制和设定。进一步：所述步骤4中，所述自然时效处理具体为：在自然环境及室温下放置35-45天，保温处理的温度范围为100-200℃，时间为10小时。进一步：所述步骤4中，所述自然时效处理时间为40天。本专利技术还提供了一种上述方法制备得到的船体钢超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面，所述表面具有微米级颗粒状结构。附图说明图1中1a、1b分别为本专利技术实施例1利用脉冲激光制备得到的船体钢表面与水的接触角和滚动角示意图；图2中2a、2b分别为本专利技术实施例1利用脉冲激光制备得到的船体钢表面与水的接触角和滚动角示意图；；图3中3a、3b分别为本专利技术实施例1利用脉冲激光制备得到的船体钢表面与水的接触角和滚动角示意图；图4中4a、4b分别为本专利技术实施例1利用脉冲激光制备得到的船体钢表面与水的接触角和滚动角示意图；图5为经过本专利技术的方法处理后的船体钢表面在海水中浸泡20天后的效果图；图6为没有经过处理的船体钢表面在海水中浸泡20天后的效果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将船体钢样品表面进行抛光预处理；步骤2：将经过抛光预处理后的船体钢样品表面进行清洗并晾干，得到洁净的船体钢样品表面；步骤3：采用脉冲激光对船体钢样品表面进行激光扫描处理，在船体钢样品表面形成微结构；步骤4：将船体钢样品经过自然时效处理或保温处理，制备得到船体钢样品超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面。本实施例中，所述船体钢样品选用强度为B级的一般强度船体钢和强度为AH32的高强度船体钢。本实施例中，所述脉冲激光的波长范围为800-1100nm，所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-240ns，所述脉冲激光的重复频率范围为50Hz-1MHz，所述脉冲激光的能量范围为0.3mJ-0.6mJ。优选地，所述脉冲激光的波长为800nm；所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-550fs，所述脉冲激光的能量范围为40μJ-70μJ。优选地，所述脉冲激光的波长为1064nm，所述脉冲激光的脉宽为240ns，所述脉冲激光的单脉冲能量范围为0.3mJ-0.6mJ。优选地，采用振镜扫描系统对船体钢样品表面进行激光扫描处理，扫描速度范围为0.1mm/s-30m/s，直至对船体钢样品表面扫描完毕，脉冲激光的通断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将船体钢样品表面进行抛光预处理；步骤2：将经过抛光预处理后的船体钢样品表面进行清洗并晾干，得到洁净的船体钢样品表面；步骤3：采用脉冲激光对船体钢样品表面进行激光扫描处理，在船体钢样品表面形成微结构；步骤4：将船体钢样品经过自然时效处理或保温处理，制备得到船体钢样品超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面。

【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将船体钢样品表面进行抛光预处理；步骤2：将经过抛光预处理后的船体钢样品表面进行清洗并晾干，得到洁净的船体钢样品表面；步骤3：采用脉冲激光对船体钢样品表面进行激光扫描处理，在船体钢样品表面形成微结构；步骤4：将船体钢样品经过自然时效处理或保温处理，制备得到船体钢样品超疏水、耐腐蚀、防水生物附着表面。2.根据权利要求1所述的利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述脉冲激光的波长范围为800-1100nm，所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-240ns，所述脉冲激光的重复频率范围为50Hz-1MHz，所述脉冲激光的单脉冲能量范围为0.3mJ-0.6mJ。3.根据权利要求2所述的利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述脉冲激光的波长为800nm；所述脉冲激光的脉宽范围为100fs-550fs，所述脉冲激光的能量范围为40μJ-70μJ。4.根据权利要求2所述的利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述脉冲激光的波长为1064nm，所述脉冲激光的脉宽为240ns，所述脉冲激光的能量范围为0.3mJ-0.6mJ。5.根据权利要求1至4任一项所述的利用脉冲激光制备船体钢超疏水表面的制备方法，其特征在于：采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖晨光，刘顿，陈列，汪幸，廖加劲，郑重，杨奇彪，翟中生，陶青，娄德元，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42