一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法技术

本发明专利技术属于金属基表面改性技术领域，具体涉及一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将锌合金表面进行清洗干燥，得预处理锌合金；(2)用红外激光打标机在预处理锌合金表面刻蚀微结构，得微结构锌合金；(3)将微结构锌合金进行清洗烘干，得洁净的微结构锌合金；(4)将洁净的微结构锌合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得超疏水锌合金表面。本发明专利技术方法克服了锌合金易燃的缺点，激光制备微结构过程不会引燃锌合金表面，制备的表面微结构质量与稳定性好。

A Method of Preparing Super-hydrophobic Zinc Alloy Surface by Infrared Laser

The invention belongs to the technical field of metal-based surface modification, and specifically relates to a method for preparing superhydrophobic zinc alloy surface by infrared laser. The method comprises the following steps: (1) cleaning and drying zinc alloy surface to obtain pre-treated zinc alloy; (2) etching micro-structure on zinc alloy surface with infrared laser marker to obtain micro-structure zinc alloy; (3) carrying out micro-structure zinc alloy. Clean micro-structure zinc alloy can be obtained by cleaning and drying; (4) The surface of superhydrophobic zinc alloy can be obtained by immersing clean micro-structure zinc alloy in stearic acid anhydrous ethanol solution and modifying it at constant temperature, then cleaning and drying. The method overcomes the flammability defect of zinc alloy, the laser preparation process of micro-structure will not ignite the zinc alloy surface, and the prepared surface micro-structure has good quality and stability.

【技术实现步骤摘要】
一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法
本专利技术属于金属基表面改性
，具体涉及一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法。
技术介绍
目前，锌在有色金属消费中仅次于铜和铝。锌具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、常温机械性和抗电磁场性等，能与多种金属制成性能优良的合金。锌合金广泛的应用于汽车、建筑、家用电器、船舶、轻工、机械、电池等行业。在射频干扰的场合，锌板是一种非常有效的屏蔽材料，同时由于锌是非磁性的，适合做仪器仪表零件及仪表壳体。但由于金属表现出的亲水性，限制了锌在某些特殊场合的运用，例如潮湿环境中工作的电路板，水中的仪表仪器等。因此，提高锌合金的疏水性能，扩大锌合金的运用场合显得十分重要。荷叶上的水滴能轻松地滚来滚去，这展现出了一种特殊的表面浸润状态。Cassie等发现荷叶表面的微纳米复合结构与低表面能物质是荷叶具有特殊浸润性的原因。研究表明，当固体表面与水的接触角大于150°，滑动角小于10°时，该表面具备了荷叶的特殊浸润性能，即超疏水性能。通过仿生设计出类似荷叶表面的微结构与低表面能物质，人造超疏水表面早已面世。超疏水表面具有许多的优点，在防冰霜、防腐蚀、耐摩擦、滑移减阻、自清洁等方面具有巨大的应用价值。例如，在电路板构造微结构，可增加其疏水性能，放宽其工作环境；在仪表仪器上制备超疏水表面，可以提高耐腐蚀性，增加使用寿命；在船舶、深海潜水器上运用超疏水技术，可以减小水流阻力，减少燃油的使用，降低成本。因而，使用红外激光打标机在锌合金表面制备出具有超疏水性能的微结构功能表面，可以提高锌合金的疏水、防腐蚀、减阻等性能，扩大锌合金的运用场合。目前，适用于金属基材的制备超疏水表面的方法主要是水热法、激光刻蚀法、化学刻蚀法、电化学刻蚀法等。激光刻蚀法由于加工质量好，表面微结构稳定，加工过程可控，易于实现自动化等优点受到人们的大量关注。申请号为201410667574.4的专利公开了一种构造高稳定超疏水表面的方法，先将铝合金放入NAOH溶液中碱蚀，再放入磷酸溶液中电解，然后放入氨水中腐蚀，最后通过修饰剂表面修饰后制备出超疏水表面。申请号为201510281710.0的专利公开了一种利用超短脉冲激光制备锌合金超疏水自清洁表面的方法，采用超短脉冲激光器在锌合金表面刻蚀微结构，再放入恒温干燥箱内烘干，制备出超疏水自清洁表面。上述的几种激光刻蚀方法均可以获得较好的超疏水表面，然而也存在一定的问题，如使用飞秒/纳秒激光器成本很高，加工效率低，酸碱试剂对环境有污染等。寻找出工艺简单成本低廉的方法制备出稳定的超疏水锌合金表面显得极为重要。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，克服锌合金易燃的缺点，激光制备微结构过程不会引燃锌合金表面，制备的表面微结构质量与稳定性好。其技术方案如下：一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，包括以下步骤：(1)将锌合金表面进行清洗干燥，得预处理锌合金；(2)用红外激光打标机在预处理锌合金表面刻蚀微结构，得微结构锌合金；(3)将微结构锌合金进行清洗烘干，得洁净的微结构锌合金；(4)将洁净的微结构锌合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得超疏水锌合金表面。优选的，步骤(1)中使用无水乙醇和去离子水分别对锌合金表面超声清洗，清洗温度为40-70℃，单次清洗时间为4-8min，使用110-140℃工作条件的恒温烘箱对锌合金表面干燥10-15min。优选的，步骤(2)中刻蚀条件为，激光频率为20kHz，激光功率为10-12W，激光波长为1064nm。优选的，步骤(2)中刻蚀工艺扫描速度为40-150mms-1，扫描间距为150-200μm，单次曝光时间为2-5ms，激光脉宽为100ns。优选的，步骤(3)中使用无水乙醇和去离子水分别对微结构锌合金超声清洗，超声清洗温度40-70℃，频率为36kHz，清洗时间为10-15min。优选的，步骤(3)中硬脂酸无水乙醇溶液的浓度为0.1-0.3mol/L，修饰时间为1.5-2.5h，恒温修饰的温度为60-70℃。一种超疏水锌合金表面，其由上述方法制备而成。所述超疏水锌合金表面应用于增加电池与电路装置的防水性能方面。采用上述方案，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术采用合适的工艺参数，克服锌合金易燃的缺点，激光制备微结构过程不会引燃锌合金表面，不对热影响区域外的表面产生负面作用，不影响锌合金的表面；(2)采用红外激光打标机在锌合金表面刻蚀出的微结构与基体结合力强，修饰材料通过羟基与铝合金表面结合不会脱落，制备的表面具有良好稳定的超疏水性能，表面微结构质量与稳定性好；(3)本专利技术使用的表面修饰剂使用的是无水乙醇和硬脂酸溶液，不会对人体造成不良影响，也不会对生态环境造成破坏，符合绿色生产的原则；(4)通过调整加工参数，可得到规则的光栅状的微结构表面，且表面的接触角大于150°，可达到153.3°。附图说明图1为实施例1红外激光制备超疏水锌合金表面的微观结构图；图2为实施例1红外激光制备超疏水锌合金表面的接触角示意图；图3为实施例2红外激光制备超疏水锌合金表面的微观结构图；图4为实施例2红外激光制备超疏水锌合金表面的接触角示意图。具体实施方式以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。实施例1本实施例的红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，包括如下步骤：(1)预处理：将20mm×20mm×0.5mm的锌合金样品依次使用无水乙醇和去离子水进行超声波清洗，清洗温度为55℃，单次清洗5min，所述烘干条件为在130℃的恒温烘箱内干燥15min，得预处理锌合金；(2)激光刻蚀：用红外激光打标机在步骤(1)所得预处理锌合金表面制备微结构，激光刻蚀的工艺参数为：激光频率20kHz、激光功率10.5w、激光波长1064nm，扫描速度50mms-1、扫描间距150μm、单次曝光时间为4ms，刻蚀出沟槽状微结构，得微结构锌合金；(3)刻蚀后处理：将步骤(2)所得微结构锌合金依次使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗去除熔渣，清洗条件为温度60℃，频率为36kHz，清洗时间为15min，清洗后烘干，得洁净的微结构锌合金；(4)表面修饰：将步骤(3)所得洁净的微结构锌合金放入0.1mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，温度为60℃，修饰时间为2.5h，清洗烘干后，可制备出超疏水表面的锌合金。本实例制备出的超疏水锌合金表面的微观结构图如图1所示，表面呈微米级光栅粗糙结构。本实例制备出的超疏水锌合金表面的接触角如图2所示，水接触角为152.4°。实施例2本实施例的红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，包括如下步骤：(1)预处理：将20mm×20mm×0.5mm的锌合金样品依次使用无水乙醇和去离子水进行超声波清洗，清洗温度为70℃，单次清洗8min，所述烘干条件为在110℃的恒温烘箱内干燥10min，得预处理锌合金；(2)激光刻蚀：用红外激光打标机在步骤(1)所得预处理锌合金表面制备微结构，激光刻蚀的工艺参数为：激光频率20kHz、激光功率12w、激光波长1064nm，扫描速度100mms-1、扫描间距200μm、单次曝光时间为2ms，刻蚀出沟槽状微结构，得微结构锌合金；(3)刻蚀后处理：将步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将锌合金表面进行清洗干燥，得预处理锌合金；(2)用红外激光打标机在预处理锌合金表面刻蚀微结构，得微结构锌合金；(3)将微结构锌合金进行清洗烘干，得洁净的微结构锌合金；(4)将洁净的微结构锌合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得超疏水锌合金表面。

【技术特征摘要】
1.一种红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将锌合金表面进行清洗干燥，得预处理锌合金；(2)用红外激光打标机在预处理锌合金表面刻蚀微结构，得微结构锌合金；(3)将微结构锌合金进行清洗烘干，得洁净的微结构锌合金；(4)将洁净的微结构锌合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得超疏水锌合金表面。2.根据权利要求1所述的红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，其特征在于：步骤(1)中使用无水乙醇和去离子水分别对锌合金表面超声清洗，清洗温度为40-70℃，单次清洗时间为4-8min，使用110-140℃工作条件的恒温烘箱对锌合金表面干燥10-15min。3.根据权利要求1所述的红外激光制备超疏水锌合金表面的方法，其特征在于：步骤(2)中刻蚀条件为，激光频率为20kHz，激光功率为10-12W，激光波长为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶霞，顾江，徐伟，刘群超，王泽，杨晓红，范振敏，张鹏，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32