一种高结合强度的毛囊型微织构及其加工方法技术

本发明专利技术提供一种高结合强度的毛囊型微织构及其加工方法，基体材料表面上加工出上窄下宽的毛囊型复合微形貌，所述毛囊型复合微形貌为沿着垂直于基体材料边的方向进行的上下复合的微形貌，包括上部呈柱状体的毛根，下部呈球状体的毛球，所述毛球内部包括若干个毛凸，所述毛根的直径小于所述毛球的直径。本发明专利技术的毛囊型微织构，其特点与优点是当增强体嵌入微凹坑后，毛囊型结构将成型后的部分增强体锁紧，增强基体与增强体的有效接触面面积的同时形成了结构上的互锁，从而提高复合材料的界面结合强度和复合材料的使用寿命。毛囊型微织构的参数可根据不同材料的结合进行调整，有效增加了毛囊型微织构的适用场合。

High bonding strength hair follicle type micro texture and processing method thereof

The invention provides a combined type high strength micro texture of hair follicle and its processing method, on the surface of the base material is processed on the narrow width of the composite micro morphology of hair follicle, the hair follicle composite micro morphology is conducted along the edge direction perpendicular to the substrate material on the micro morphology of the composite, including the upper part in the hair root column, the lower part is a spherical body hair ball, the ball inside comprises a plurality of convex the hair, the hair root diameter smaller than the diameter of the hair ball. The invention of the hair follicle type micro texture, its characteristics and advantages as reinforcement embedded micro pits, hair follicle type structure after forming part of the reinforced body locking, reinforced metal matrix and reinforced the effective contact area of body and formed the interlocking structure, so as to improve the bonding strength and the service life of composite materials interface of composite materials. The parameters of the hair type micro texture can be adjusted according to the combination of different materials, which effectively increases the application of the hair follicle micro texture.

【技术实现步骤摘要】
一种高结合强度的毛囊型微织构及其加工方法
本专利技术涉及复合材料领域表面处理技术，经过激光微加工和腐蚀液微刻蚀技术，在复合材料的基体表面形成毛囊型微织构，具体地说，涉及到一种高结合强度的毛囊型微织构及其加工方法。
技术介绍
复合材料作为一种新型多功能材料，正广泛应用于航空航天、汽车、大型仓储运输、建材、医疗器械等领域。目前，提高材料界面结合性能的主要方法是表面微织构处理，常用的微织构形貌分为单一微织构和复合微织构，具体地，有螺旋状(CN104825212A)、圆弧状(CN105149894A)、火山口型和球冠型(CN104551701A)等，其共同特点是，位于材料表面的微织构呈半椭球开口状，即开口处直径大于底部直径，这些传统的上宽下窄的开口状微织构主要通过材料的横向变化来实现复合形貌。这类微织构的缺点是当复合材料在工况下承受冲击力、挤压力、剪切力、交变力或复合力的作用下易发生基体开裂、分层、纤维断裂和基体挤裂等损伤而降低材料的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种高结合强度的毛囊型微织构及其加工方法，通过激光微加工和腐蚀液微刻蚀复合技术，在复合材料的基体表面形成毛囊型微织构，增强体与基体材料通过增强体材料嵌入毛凸形成互锁，增加了基体与增强体的有效结合强度，可适用于大多数复合材料结合领域和绝大多数的叠层复合材料领域。本专利技术的技术方案是：一种高结合强度的毛囊型微织构，在基体材料表面上加工出上窄下宽的毛囊型复合微形貌，所述毛囊型复合微形貌为沿着垂直于基体材料边的方向进行的上下复合的微形貌，包括上部呈柱状体的毛根，下部呈球状体的毛球，所述毛球内部包括若干个毛凸，所述毛根的直径小于所述毛球的直径。上述方案中，当所述毛凸的数量为一个时，毛凸与毛球为同一结构，所述毛囊型微织构为单毛凸毛囊型微织构；当所述毛凸的数量≧2时，所述毛囊型微织构为多毛凸毛囊型微织构，所述毛凸之间具有毛凸间距。上述方案中，所述毛根的深度H≧5μm，所述毛根的直径D≧100μm，所述毛球的深度H1≧5μm，所述毛球的直径D1≧(1.1～2)D。上述方案中，所述毛凸的直径d＝(1～1/5)D1。上述方案中，所述毛凸之间的毛凸间距的值为0≦δ≦D1-2d。上述方案中，所述毛囊型复合微形貌存在基体材料的全部或部分表面，所述毛囊型复合微形貌面积的占有率为即所述毛囊型复合微形貌面积的占有率μ为所述毛根的表面积与相邻毛根之间中心距L的平方的比值。一种根据所述高结合强度的毛囊型微织构的加工方法，包括以下步骤：S1、对基体材料的表面进行粗糙处理；S2、设计基体材料表面毛囊型形貌为单毛凸毛囊型或者多毛凸毛囊型；S3、采用激光加工基体材料表面的毛囊型微织构的毛根和毛球部分，所述毛根和毛球为纵向分布，所述毛根的直径小于所述毛球的直径；S4、采用激光毛化技术加工所述毛球内毛凸的初步形貌，进而采用腐蚀液对毛凸进行横向腐蚀；S5、采用注射器注入腐蚀剂清洗液对所述毛凸进行清洗；S6、采用复合工艺将增强体材料融入或嵌入基体材料的毛囊型微凹坑内，即毛囊型微织构，进行复合材料的制备。上述方案中，所述步骤S1中所述基体材料表面轮廓的算术平均偏差为Ra≦0.8μm或者Ra≦1.0μm，轮廓的最大高度为Rz≦1.6μm或Rz≦3.2μm。上述方案中，所述步骤S2中具体的激光加工参数为：激光毛化的激光波长为532nm或者2×532nm，离焦量为[-1.2，1.2]mm，脉冲宽度为0.5ms，脉冲频率为1KHz～10KHz，能量密度为104～106W/cm2。上述方案中，根据复合材料的使用条件，所述步骤S2中激光加工角度与基体材料表面法向呈0°～45°。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所述的毛囊型微织构，可适用于大多数复合材料结合领域和绝大多数的叠层复合材料领域。2.本专利技术所述的毛囊型微织构为上窄下宽的毛囊型微织构是通过纵向变化来实现复合形貌的，可通过毛囊型微织构底部的毛球在很大程度上增加基体与增强体的有效结合面积。3.本专利技术所述毛囊型微织构为上窄下宽的毛囊型微织构是通过纵向变化来实现复合形貌的，当增强体与基体材料通过增强体材料嵌入毛凸形成互锁，增加了基体与增强体的有效结合强度，从而提高复合材料的界面结合强度和复合材料的使用寿命。4.本专利技术所述毛囊型微织构的参数可根据不同材料的结合进行调整，有效增加了毛囊型微织构的适用场合。附图说明图1是本专利技术一实施方式的单毛凸毛囊型微织构形貌结构示意图；图2是本专利技术一实施方式的多毛凸毛囊型微织构形貌结构示意图；图3是本专利技术一实施方式的单毛凸毛囊型微织构的尺寸标注图；图4是本专利技术一实施方式的多毛凸毛囊型微织构的尺寸标注图；图5是本专利技术一实施方式的毛囊型微织构的间距分布图；图6是本专利技术一实施方式的单毛凸毛囊型微织构的加工流程图；图7是本专利技术一实施方式的多毛凸毛囊型微织构的加工流程图。图中，1-基体材料；2-毛根；3-毛球；4-毛凸；5-毛凸间距。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。为了说明本专利技术毛囊型微织构形貌及其加工方法的具体情况，以下述实施中叠层复合材料缓冲条的金属基骨架与橡胶复合为例，结合附图对本专利技术做进一步的描述。如下所提供的实施案例过程为示意性，并不对本专利技术构成特别限定。本专利技术的为上窄下宽的毛囊型微织构是通过纵向变化来实现复合形貌的。本专利技术的毛囊型微织构，其特点与优点是当增强体嵌入微凹坑后，毛囊型结构将成型后的部分增强体锁紧，增强基体与增强体的有效接触面面积的同时形成了结构上的互锁，从而提高复合材料的界面结合强度和复合材料的使用寿命。毛囊型微织构的参数可根据不同材料的结合进行调整，有效增加了毛囊型微织构的适用场合。一种高结合强度的毛囊型微织构，毛囊型为上柱状体和下球状体的复合微形貌，在基体材料1表面加工出包括毛根2、毛球3、毛凸4和毛凸间距5的复合微形貌，所述复合微形貌具有两种纵向排列的微凹腔形貌，根据材料不同毛囊的具体形貌的优化几何参数为：毛根2的深度H≧5μm，毛根2的直径D≧100μm，毛球3的深度H1≧5μm，毛球3的直径D1≧(1.1～2)D，毛凸4的直径d＝(1～1/5)D1，毛凸间距5的值0≦δ≦D1-2d，如图3和4所示。所述毛凸间距5由毛凸4决定，当毛凸4为一个时，毛凸间距5的值为δ＝0，此时毛凸4与毛球3为同一结构，称为单毛凸毛囊型微织构；当毛凸4的个数≧2时，毛凸间距5由毛凸4的个数和直径决定，称为多毛凸毛囊型微织构。所述复合形貌可存在于基体材料1的全部或部分表面，根据不同基体材料1的性质、用途和复合工艺情况而定，毛囊型微形貌面积的占有率所述的面积占有率为毛根2的表面积与相邻形貌中心距L的平方的比值，L如图5所示。所述高结合强度的毛囊型微织构的加工方法，包括以下步骤：S1、对基体材料1的表面进行粗糙处理，适当的表面粗糙度既可以增加材料的结合面积又可以增加界面结合强度，一般基体材料表面轮廓的算术平均偏差为Ra≦0.8μm或者1.0μm，轮廓的最大高度为Rz≦1.6μm或3.2μm，特殊要求的基体材料则由复合性能和复合工艺决定；S2、设计基体表面毛囊型形貌，根据复合材料的使用领域和结合强度，复合微形貌存在于基体材料1的全部或部分表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，在基体材料(1)表面上加工出的毛囊型复合微形貌，所述毛囊型复合微形貌为沿着垂直于基体材料(1)边的方向进行的上下复合的微形貌，包括上部呈柱状体的毛根(2)，下部呈球状体的毛球(3)，所述毛球(3)内部包括若干个毛凸(4)，所述毛根(2)的直径小于所述毛球(3)的直径。

【技术特征摘要】
1.一种高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，在基体材料(1)表面上加工出的毛囊型复合微形貌，所述毛囊型复合微形貌为沿着垂直于基体材料(1)边的方向进行的上下复合的微形貌，包括上部呈柱状体的毛根(2)，下部呈球状体的毛球(3)，所述毛球(3)内部包括若干个毛凸(4)，所述毛根(2)的直径小于所述毛球(3)的直径。2.根据权利要求1所述的高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，当所述毛凸(4)的数量为一个时，毛凸(4)与毛球(3)为同一结构，所述毛囊型微织构为单毛凸毛囊型微织构；当所述毛凸(4)的数量≧2时，所述毛囊型微织构为多毛凸毛囊型微织构，所述毛凸(4)之间具有毛凸间距(5)。3.根据权利要求1或2所述的高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，所述毛根(2)的深度H≧5μm，所述毛根(2)的直径D≧100μm，所述毛球(3)的深度H1≧5μm，所述毛球(3)的直径D1≧(1.1～2)D。4.根据权利要求3所述的高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，所述毛凸(4)的直径d＝(1～1/5)D1。5.根据权利要求4所述的高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，所述毛凸(4)之间的毛凸间距(5)的值为0≦δ≦D1-2d。6.根据权利要求3所述的高结合强度的毛囊型微织构，其特征在于，所述毛囊型复合微形貌存在基体材料(1)的全部或部分表面，所述毛囊型复合微形貌面积的占有率为即所述毛囊型复合微形貌面积的占有率μ为所述毛根(2)的表面积与相邻毛根(2)之间中心距L的平方的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵康梅，王匀，於伟杰，许桢英，姜同竹，陈满，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32