【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料表面工程，尤其是涉及一种面向低温钢的坚固超疏水表面及其制备方法与应用。
技术介绍
1、超疏水金属表面具有良好的耐腐蚀、自清洁和防/除冰等特性，在汽车、医疗、航空航天、船舶以及石油管道运输等领域有巨大的应用潜力。超疏水金属表面在实际应用中，不可避免的遭受摩擦、冲击和刮擦等，导致超疏水表面被破坏，从而失去防护作用。特别在极地船舶应用时，表面的机械耐久性有更高性能的需求。此外，实现超疏水表面需要粗糙的结构和低表面能。因此在制备超疏水金属表面时，往往采用化学改性的方式。然而，化学改性存在操作复杂和有毒化学改性剂的问题。在实际应用中破坏生态环境，限制了超疏水金属表面在极地水域的应用。因此，开发一种简单且环保的制备方法以制造具有出色机械耐久性的坚固超疏水金属表面成为当前研究重心。
2、为了克服超疏水金属表面差的机械耐久性无法在实际应用中满足需求的问题，大量的研究员通过设计了具有优异鲁棒性的表面结构、使用高强度疏水材料和强化界面粘附力等方式来增强超疏水表面的机械耐久性。尽管在制备坚固超疏水金属表面取得了一些进展，但大多数研究策略对超疏水金属表面坚固性的提升十分有限。面对如此挑战，“盔甲”结构的概念进入人们视野，保护疏水纳米结构免受机械磨损，对超疏水金属表面机械耐久性的提升取得实质性突破。然而目前该制备工艺复杂、昂贵且缺少通用性，不仅需要先定制合适的模具，而且需要再填充疏水材料。因此，目前仍然需要一种简单、灵活的坚固超疏水金属表面制备方法。
3、激光加工是一种简单、高效、灵活和高精度的技术，已被广泛
4、因此，为了解决低温钢在极地船舶应用中面临破冰和防冰的巨大挑战，仍待开发针对低温钢的超疏水表面。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种面向低温钢的坚固超疏水表面及其制备方法与应用，以满足在极地船舶应用中的抗冰性能和机械耐久性的需求。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：
4、在经预处理后的低温钢表面进行激光烧蚀处理，再经热处理即可得到坚固超疏水低温钢表面。
5、进一步地，所述预处理包括清洗和打磨。
6、进一步地，所述清洗采用无水乙醇。
7、更进一步地，所述清洗在超声下进行，清洗的时间为5-10min。
8、进一步地，所述打磨采用金相砂纸。
9、更进一步地，所述打磨采用梯度打磨，梯度打磨优选为180#、600#、1200#、2000#金相砂纸依次进行打磨。
10、进一步地，所述的低温钢优选为fh36。
11、进一步地，所述激光烧蚀处理的路径为均匀排列的同心圆，其中外圆直径为25-35μm，内圆直径为10-20μm，同心圆的圆心间距为45-55μm。
12、更进一步地，所述同心圆等间距排列且互不相交。
13、进一步地，所述外圆和内圆交替进行激光烧蚀处理。
14、更进一步地，外圆激光加工1次，紧接着内圆加工2次记作1个周期，交替处理的周期为1-7次。
15、进一步地，所述激光烧蚀处理采用紫外皮秒激光。
16、进一步地，所述激光光斑的直径为10-15μm，优选为10μm。
17、进一步地，所述激光功率为2-3w。
18、进一步地，所述激光频率为1000-2000khz。
19、进一步地，所述激光的运行速度为50-100mm/s。
20、进一步地，所述热处理为真空热处理。
21、进一步地，所述真空度优选为1bar。
22、进一步地，所述热处理的温度为100-150℃，
23、进一步地，所述热处理的时间为3-6h。
24、本专利技术还提供一种采用上述方法制得的面向低温钢的坚固超疏水表面。
25、进一步地，所述超疏水表面具有交错排列的倒圆锥形盔甲结构。
26、更进一步地，所述倒圆锥形盔甲结构包括周期性交错分布的倒圆锥形凹坑和凹坑表面的纳米颗粒。交错排列的倒圆锥形盔甲结构为船用低温钢表面提供了良好的超疏水性和机械耐久性。
27、本专利技术还提供一种面向低温钢的坚固超疏水表面在极地船舶中的应用。
28、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
29、(1)本专利技术通过在低温钢表面进行激光烧蚀处理，采用皮秒激光加工技术最终在低温钢表面构制备具有盔甲结构的坚固超疏水表面，交错排列的倒圆锥形盔甲结构为船用低温钢表面提供了良好的超疏水性和机械耐久性，可以满足低温钢在极地船舶应用中的抗冰性能和机械耐久性的需求。
30、(2)本专利技术的加工过程简单，且未使用任何有毒有害的化学试剂或化学工艺，使工艺简单环保。
31、(3)本专利技术制备的坚固超疏水表面具有交错排列的倒圆锥形盔甲结构，平衡了低温钢表面的疏水性和机械稳定性，为船用低温钢表面提供了良好的超疏水性和机械耐久性。
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1.一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述预处理包括清洗和打磨；
3.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述清洗在超声下进行，清洗的时间为5-10min；所述打磨采用梯度打磨。
4.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述激光烧蚀处理的路径为均匀排列的同心圆，其中外圆直径为25-35μm，内圆直径为10-20μm，同心圆的圆心间距为45-55μm。
5.根据权利要求4所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述外圆和内圆交替进行激光烧蚀处理，交替处理的周期为1-7次。
6.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述激光烧蚀处理采用紫外皮秒激光，激光光斑的直径为10-15μm，激光功率为2-3W，激光频率为1000-2000kHz，运行速度为50-100mm/s。
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8.一种面向低温钢的坚固超疏水表面，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法得到。
9.根据权利要求8所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面，其特征在于，所述超疏水表面具有排列的倒圆锥形盔甲结构；
10.一种权利要求8所述的面向低温钢的坚固超疏水表面在极地船舶中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述预处理包括清洗和打磨；
3.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述清洗在超声下进行，清洗的时间为5-10min；所述打磨采用梯度打磨。
4.根据权利要求1所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述激光烧蚀处理的路径为均匀排列的同心圆，其中外圆直径为25-35μm，内圆直径为10-20μm，同心圆的圆心间距为45-55μm。
5.根据权利要求4所述的一种面向低温钢的坚固超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述外圆和内圆交替进行激光烧蚀处理，交替处理的周期为1-7次。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：常雪婷，陈晓秋，孙士斌，王东胜，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：
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