一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法技术

本发明专利技术具体涉及一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将铝合金表面进行清洗干燥，得洁净的铝合金；(2)用红外激光打标机在洁净的铝合金表面刻蚀微结构，得激光刻蚀铝合金；(3)将激光刻蚀铝合金进行清洗烘干，得洁净的激光刻蚀铝合金；(4)用碱溶液刻蚀洁净的激光刻蚀铝合金表面，得复合结构铝合金；(5)将复合结构铝合金进行清洗烘干，得洁净的复合结构铝合金；(6)将洁净的复合结构铝合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得铝合金超疏水表面。本发明专利技术方法克服了现有的化学刻蚀表面质量不可控与疏水性能差的缺陷，制备的表面微结构质量与稳定性好。

A Method of Laser and Alkali Solution Compound Etching Superhydrophobic Aluminum Alloy Surface

The invention relates to a method of laser and alkali solution composite etching superhydrophobic aluminum alloy surface, which includes the following steps: (1) cleaning and drying the surface of aluminum alloy to obtain clean aluminum alloy; (2) etching micro-structure on the clean surface of aluminum alloy with infrared laser marking machine to obtain laser etching aluminum alloy; (3) cleaning and drying the laser etching aluminum alloy to get clean. Laser etching of aluminium alloy by alkali solution; (4) laser etching of clean surface of aluminium alloy to obtain composite structure aluminium alloy; (5) cleaning and drying of composite structure aluminium alloy to obtain clean composite structure aluminium alloy; (6) immersing clean composite structure aluminium alloy in stearic acid anhydrous ethanol solution to modify at constant temperature, then cleaning and drying, to obtain superhydrophobic surface of aluminium alloy. The method overcomes the defects of uncontrollable surface quality and poor hydrophobicity of the existing chemical etching, and the prepared surface microstructures have good quality and stability.

【技术实现步骤摘要】
一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法
本专利技术属于金属基表面改性
，具体涉及一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法。
技术介绍
1060铝合金在日常生活中应用广泛，具有高的可塑性、耐蚀性、导电性和导热性等优点，被广泛运用于化工仪器、厨具、钟表面及盘面和建筑物外观装饰等领域。由于铝合金自身具有亲水性，使得水渍与污染物极易粘附在铝合金产品表面，表面洁净与耐腐蚀性能被降低。因此，制备超疏水铝合金表面提高其自清洁与耐腐蚀性能显得尤为重要。自然界中，滚动着水滴的荷叶、漂浮在水面的水蝇、凝结出露珠的蝉翼等等现象，向我们展现了一种物体表面特殊的浸润性。研究表明，当基体表面的水接触角大于150°，滚动角小于10°时，该表面具备超疏水性能。通过构造表面微结构以及修饰低表面能物质，人们可以制备出具有超疏水性能的表面。超疏水表面具有许多的优点，在自清洁、防腐蚀、耐摩擦、防冰霜、滑移减阻等方面具有巨大的应用价值。例如，在厨房、卫生洁具上制备超疏水表面，可以减少水资源和清洁剂的使用，节能环保；在化工仪器表面构造微结构，可增加其耐腐蚀性能，有效提高其使用寿命；在建筑外观装饰表面制备超疏水表面，可使其获得自清洁性能，减少清洁成本以及对环境的污染。目前，适用于金属基材的制备超疏水表面的方法主要是化学刻蚀法、层层自组装法、水热法、激光刻蚀法等。激光刻蚀法具有生产成本较高，生产效率低等缺点；化学刻蚀法具有表面质量不可控，生产工艺复杂等缺点。采用红外激光与碱溶液复合刻蚀的方法可以克服激光刻蚀效率低与成本高和化学刻蚀工艺复杂与表面质量不可控的缺点，获得高接触角的超疏水表面。例如申请号为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201710311284.X的专利公开了一种无须修饰的仿生超疏水铝合金防冰表面的制备方法，先后采用激光与氯化铜溶液刻蚀，再经过真空干燥箱的退火处理，制备出接触角150°左右的超疏水表面。申请号为201510281710.0的专利公开了一种利用超短脉冲激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法，采用超短脉冲激光器在铝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。上述几种方法均能制备出超疏水表面，但也存在一定问题，例如工艺复杂，反应条件苛刻，成本太高，生产效率低等。因此，寻找出工艺简单，成本低，生产效率高的制备超疏水表面的方法显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，克服了现有的化学刻蚀表面质量不可控与疏水性能差的缺陷。其技术方案如下：一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，包括以下步骤：(1)将铝合金表面进行清洗干燥，得洁净的铝合金；(2)用红外激光打标机在洁净的铝合金表面刻蚀微结构，得激光刻蚀铝合金；(3)将激光刻蚀铝合金进行清洗烘干，得洁净的激光刻蚀铝合金；(4)用碱溶液刻蚀洁净的激光刻蚀铝合金表面，得复合结构铝合金；(5)将复合结构铝合金进行清洗烘干，得洁净的复合结构铝合金；(6)将洁净的复合结构铝合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得铝合金超疏水表面。优选的，步骤(1)中使用无水乙醇和蒸馏水分别对铝合金表面超声清洗，超声频率为36kHz，清洗温度为45-70℃，单次清洗时间为4-10min，使用115-145℃工作条件的恒温烘箱对铝合金表面干燥8-30min。优选的，步骤(2)中刻蚀条件为，激光频率为20kHz，激光功率为30W，激光波长为1064nm。优选的，步骤(2)中刻蚀工艺扫描速度为100mms-1，扫描间距为200μm。优选的，步骤(3)和步骤(5)中均使用无水乙醇和蒸馏水分别对铝合金超声清洗。优选的，步骤(4)中碱溶液为氢氧化钠溶液，碱溶液的浓度为0.3-0.5mol/L，刻蚀时间为2.5-6.5min。优选的，步骤(6)中硬脂酸无水乙醇溶液的浓度为0.1-0.15mol/L，修饰时间为2-3h，恒温修饰的温度为55-65℃。一种超疏水铝合金表面，其由上述方法制备而成。本专利技术所使用的铝合金型号为1060。采用上述方案，本专利技术具有以下优点：(1)采用红外激光与碱溶液在铝合金表面刻蚀出的微结构与基体结合牢固，修饰材料通过羟基与铝合金表面结合不易脱落，因此制备的表面具有稳定长久的超疏水性能，不易磨损；(2)本方法使用的红外激光设备成本不高，化学试剂也不昂贵；加工一批样品只需4-5h即可完成，批量越大生产效率越高；激光与碱溶液刻蚀在室温下即可进行，不需真空等苛刻的加工环境；(3)通过调整工艺参数，可得到规则的沟槽状的微结构表面，且表面的平均接触角大于160°，最高可达到172.18°；(4)水滴滴落在样品表面会快速滚动，在滚动的过程可以带走表面的污染物，具备很强的自清洁性能，可运用于厨具以及钟表仪器的自清洁。附图说明图1为实施例1复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面微观结构图；图2为实施例1复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面接触角示意图；图3为实施例1复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面的自清洁实验图；图4为实施例2复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面微观结构图；图5为实施例2复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面接触角示意图；图6为对比例1激光刻蚀超疏水铝合金表面微观结构图；图7为对比例1激光刻蚀超疏水铝合金表面接触角示意图；图8为对比例1激光刻蚀超疏水铝合金表面的自清洁实验图。图9为未加工的铝合金表面的自清洁实验图。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与碱溶液复合刻蚀超疏水自清洁铝合金表面的方法，包括如下步骤：(1)预处理：将20mm×20mm×2mm的1060铝合金样品依次使用无水乙醇和蒸馏水进行超声波清洗，清洗温度为60℃，单次清洗4min，所述烘干条件为在120℃的恒温烘箱内干燥15min，得预处理铝合金；(2)激光刻蚀：将步骤(1)所得预处理铝合金表面用红外激光打标机刻蚀出微结构，激光刻蚀的工艺参数为：激光功率为30w、激光频率为20kHz、激光波长为1064nm、扫描速度为100mms-1、扫描间距为200μm，刻蚀出光栅状微结构，得激光刻蚀铝合金；(3)碱刻蚀前处理：将步骤(2)所得刻蚀铝合金依次使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，温度55℃，频率为36kHz，清洗时间为8min，在115℃的恒温烘箱内干燥10min，得洁净的激光刻蚀铝合金；(4)碱溶液刻蚀：将步骤(3)所得洁净的激光刻蚀铝合金用NaOH溶液刻蚀，NaOH溶液的浓度为0.3mol/L，刻蚀时间为6.5min，得复合刻蚀铝合金。(5)修饰前处理：将步骤(4)所得复合刻蚀铝合金依次使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，烘干，超声清洗条件为温度60℃，频率为36kHz，清洗时间为10min，在120℃的恒温烘箱内干燥15min，得洁净的复合刻蚀铝合金；(6)表面修饰：将步骤(5)所得洁净的复合刻蚀铝合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，清洗、烘干，修饰剂硬脂酸无水乙醇溶液的浓度为0.1mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铝合金表面进行清洗干燥，得洁净的铝合金；(2)用红外激光打标机在洁净的铝合金表面刻蚀微结构，得激光刻蚀铝合金；(3)将激光刻蚀铝合金进行清洗烘干，得洁净的激光刻蚀铝合金；(4)用碱溶液刻蚀洁净的激光刻蚀铝合金表面，得复合结构铝合金；(5)将复合结构铝合金进行清洗烘干，得洁净的复合结构铝合金；(6)将洁净的复合结构铝合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得铝合金超疏水表面。

【技术特征摘要】
1.一种激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铝合金表面进行清洗干燥，得洁净的铝合金；(2)用红外激光打标机在洁净的铝合金表面刻蚀微结构，得激光刻蚀铝合金；(3)将激光刻蚀铝合金进行清洗烘干，得洁净的激光刻蚀铝合金；(4)用碱溶液刻蚀洁净的激光刻蚀铝合金表面，得复合结构铝合金；(5)将复合结构铝合金进行清洗烘干，得洁净的复合结构铝合金；(6)将洁净的复合结构铝合金浸入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温修饰，然后清洗烘干，得铝合金超疏水表面。2.根据权利要求1所述的激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，其特征在于：步骤(1)中使用无水乙醇和蒸馏水分别对铝合金表面超声清洗，超声频率为36kHz，清洗温度为45-70℃，单次清洗时间为4-10min，使用115-145℃工作条件的恒温烘箱对铝合金表面干燥8-30min。3.根据权利要求1所述的激光与碱溶液复合刻蚀超疏水铝合金表面的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶霞，顾江，徐伟，刘群超，范振敏，王泽，杨晓红，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