一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法技术

一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法：选择样品进行预处理：选择镍钛合金样品并进行打磨抛光，去除边缘毛刺；清洗样品；烘干样品；对预处理后的镍钛合金样品进行激光复合诱导镍钛合金表面，使用飞秒激光和纳秒激光依次织构镍钛合金表面，形成多层级嵌套网格状微纳复合结构；配置用于降低激光复合诱导镍钛合金样品表面能的氟硅烷/乙醇溶液；对激光复合诱导的镍钛合金样品表面进行化学改性：将所述的镍钛合金样品置于氟硅烷/乙醇溶液里，密封并静置后，进行烘干。本发明专利技术通过飞秒和纳秒激光在镍钛合金样品表面织构获得多尺度、多层级的微纳米结构，实现了镍钛合金样品的表面粗糙度的有效增加，获得了优异的超疏水性能，同时提高耐腐蚀性。时提高耐腐蚀性。时提高耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高镍钛合金超疏水性的方法。特别是涉及一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法。

技术介绍

[0002]镍钛合金具有优良的超弹性、形状记忆效应、生物相容性和阻尼特性，在正畸、托架和骨植入物等医学领域方面得到了广泛的评估。随着科学技术的进一步发展，镍钛合金在各个领域的应用也得到了拓展。特别是当其应用于航空航天、电气和能源等领域时，暴露在高温和恶劣环境下，为镍钛合金提供了新挑战。众所周知，镍钛合金的耐腐蚀性与不锈钢相当，在其材料表面形成的稳定而致密的氧化钛钝化膜可以阻止基体的进一步腐蚀，从而提供优良的耐腐蚀性。目前，通过各种技术制造的粗糙表面，提供了更多的"气孔"，有效提升了材料表的超疏水性能。同时，激光烧蚀形成的致密的微纳米结构将镍钛合金衬底与腐蚀介质完全隔离，进一步提高了耐腐蚀性能。因此，提高表面超疏水性是镍钛合金可持续使用的基础。
[0003]随着微纳米技术的不断探索，构建表面微纳米结构已成为增强表面性能的有效方法，特别是纳秒和飞秒激光加工技术，常用于不锈钢、镍钛记忆合金、镁合金和铝合金等的表面处理。目前，还没有使用飞秒和纳秒两种激光复合加工以提高镍钛合金的超疏水性的相关报道。
[0004]一种新型的激光加工方法，即复合飞秒和纳秒激光加工技术。通过飞秒和纳秒激光在镍钛合金表面制造形成多层级嵌套网格状微纳复合结构，这种结构进一步增加了材料的表面粗糙度。同时，氟硅烷/乙醇溶液的使用降低了镍钛合金的表面自由能。因此，粗糙表面的形成和表面能的降低综合使得镍钛合金获得优异的超疏水性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的不足，提供一种复合飞秒和纳秒激光加工技术的激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法，包括如下步骤：
[0007]1)选择样品进行预处理，包括：选择镍钛合金样品，对样品进行打磨抛光，去除边缘毛刺；清洗样品；烘干样品；
[0008]2)对预处理后的镍钛合金样品进行激光复合诱导镍钛合金表面，使用飞秒激光和纳秒激光依次织构镍钛合金表面，形成多层级嵌套网格状微纳复合结构；
[0009]3)配置用于降低激光复合诱导镍钛合金样品表面能的氟硅烷/乙醇溶液；
[0010]4)对激光复合诱导的镍钛合金样品表面进行化学改性，包括：将所述的镍钛合金样品置于氟硅烷/乙醇溶液里，密封并静置1～2h后，进行烘干。
[0011]步骤1)具体包括：
[0012](1)选择镍钛合金，并切割为4块以上的镍钛合金样品；
[0013](2)使用金相试样研磨机和抛光机将每块镍钛合金样品逐一打磨抛光至镜面，并去除切割形成的边缘毛刺；
[0014](3)将打磨抛光后的镍钛合金样品平铺置于烧杯中，倒入丙酮试剂至盖过样品表面，并使用超声波清洗机清洗；结束后，将丙酮试剂倒出，再向烧杯倒入无水乙醇溶液，使用超声波清洗机清洗；结束后，将乙醇溶液倒出，再向烧杯倒入去离子水，用超声波清洗机清洗。
[0015](4)将清洗后的镍钛合金样品平铺于烧杯或者无尘纸上，置于20～60℃的烘干箱内烘干，完成镍钛合金样品的预处理。
[0016]步骤2)包括：先采用飞秒激光器在每块镍钛合金样品上绘制最小单元为20～30μm的网格状图案；再采用纳秒激光器在每块镍钛合金样品上绘制最小单元为100～300μm的网格状图案；具体如下：
[0017](1)将预处理后的镍钛合金样品置于飞秒激光器的三维运动平台上，使用MarkingMate控制软件调节飞秒激光焦点至镍钛合金样品表面，并绘制最小单元为20～30μm的网格状图案；
[0018](2)将飞秒激光织构的镍钛合金样品置于纳秒激光器加工平台上，调节激光焦点至镍钛合金样品表面，使用Han
’
s LASER Marking控制软件调节纳秒激光器绘制最小单元为100～300μm的网格状图案。
[0019]所述飞秒激光器的中心波长为1064nm，脉冲宽度为340fs，最大输出功率为56W，最小聚焦光斑直径为10μm；设置飞秒激光加工参数：平均功率为8～12W，扫描速度为200～400mm/s，扫描次数为5～10次；所述的纳秒激光器的中心波长为1064nm，脉冲宽度为50ns，最大输出功率为20W，重复频率为20kHz，最小聚焦光斑直径为50μm；设置纳秒激光加工参数：平均功率12～14W，扫描速度400～600mm/s，扫描次数10～15次。
[0020]步骤3)包括：
[0021](1)取两个量筒分别量取62.7mL的无水乙醇和19.2mL的去离子水，依次倒入烧杯中混合；将装有混合溶液的烧杯置于天枰上，取一根胶头滴管缓缓滴入0.5g的氟硅烷试剂；
[0022](2)取下烧杯，在所述的烧杯中放入一个磁力搅拌子，随后置于磁力搅拌器上搅拌12h以上；
[0023](3)静置1～2h后备用，该混合溶液称为氟硅烷/乙醇溶液。
[0024]步骤4)包括：
[0025](1)将激光复合诱导的镍钛合金样品置于玻璃器皿中，加工面朝上，倒入所述的氟硅烷/乙醇溶液至没过镍钛合金样品表面，密封后静置1～2小时；
[0026](2)使用镊子取出镍钛合金样品平铺在无尘纸上，置于100～120℃烘干箱中，烘干1～2小时。
[0027]本专利技术的一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法，能够在充分发挥飞秒激光制造技术的高分辨率、高精度和可重复性等优势，以及纳秒激光的灵活、高效等优势的同时，结合仿生制造原则设计出具有超疏水功能的微纳结构。结合高效的氟硅烷/乙醇溶液降低材料表面自由能。激光复合加工与硅烷化处理工艺的结合，综合使得镍钛合金表面具有优异的超疏水性，将在航空航天和工业领域具有巨大的应用价值。
[0028]本专利技术复合了飞秒和纳秒激光加工技术。通过飞秒和纳秒激光在镍钛合金样品表面织构获得多尺度、多层级的微纳米结构，实现了镍钛合金样品的表面粗糙度的有效增加。同时，氟硅烷/乙醇溶液的使用有效降低了激光诱导的镍钛合金样品的表面自由能。因此，获得了优异的超疏水性能。此外，与单独使用飞秒或纳秒激光加工相比，这种复合加工方法可以进一步提高镍钛合金表面的超疏水性，同时提高耐腐蚀性。
附图说明
[0029]图1是飞秒激光器加工系统和激光扫描路径示意图；
[0030]图2是纳秒激光器加工系统和激光扫描路径示意图；
[0031]图3是氟硅烷/乙醇溶液的配置过程示意图；
[0032]图4是激光诱导镍钛合金样品获得超疏水表面的制备过程示意图；
[0033]图5是激光诱导镍钛合金样品的扫描电镜图；
[0034]图6是镍钛合金样品表面的接触角和滚动角的测量结果；
具体实施方式
[0035]下面结合实施例和附图对本专利技术的一种激光复合加工提高镍钛合金超疏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选择样品进行预处理，包括：选择镍钛合金样品，对样品进行打磨抛光，去除边缘毛刺；清洗样品；烘干样品；2)对预处理后的镍钛合金样品进行激光复合诱导镍钛合金表面，使用飞秒激光和纳秒激光依次织构镍钛合金表面，形成多层级嵌套网格状微纳复合结构；3)配置用于降低激光复合诱导镍钛合金样品表面能的氟硅烷/乙醇溶液；4)对激光复合诱导的镍钛合金样品表面进行化学改性，包括：将所述的镍钛合金样品置于氟硅烷/乙醇溶液里，密封并静置1～2h后，进行烘干。2.根据权利要求1所述的一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法，其特征在于，步骤1)具体包括：(1)选择镍钛合金，并切割为4块以上的镍钛合金样品；(2)使用金相试样研磨机和抛光机将每块镍钛合金样品逐一打磨抛光至镜面，并去除切割形成的边缘毛刺；(3)将打磨抛光后的镍钛合金样品平铺置于烧杯中，倒入丙酮试剂至盖过样品表面，并使用超声波清洗机清洗；结束后，将丙酮试剂倒出，再向烧杯倒入无水乙醇溶液，使用超声波清洗机清洗；结束后，将乙醇溶液倒出，再向烧杯倒入去离子水，用超声波清洗机清洗。(4)将清洗后的镍钛合金样品平铺于烧杯或者无尘纸上，置于20～60℃的烘干箱内烘干，完成镍钛合金样品的预处理。3.根据权利要求1所述的一种激光复合加工提高镍钛合金超疏水性的方法，其特征在于，步骤2)包括：先采用飞秒激光器在每块镍钛合金样品上绘制最小单元为20～30μm的网格状图案；再采用纳秒激光器在每块镍钛合金样品上绘制最小单元为100～300μm的网格状图案；具体如下：(1)将预处理后的镍钛合金样品置于飞秒激光器的三维运动平台上，使用MarkingMate控制软件调节飞秒激光焦点至镍钛合金样品表面，并绘制最小单元为20～30...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪，杨成娟，杨振，张大卫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：