光束以ll〇〇mm/s的速度逐行逐列烧蚀所述不锈钢样品表面；所述振镜系统由X-Y光学扫 描头、电子驱动放大器、光学反射镜片和场镜组成，所述振镜系统的扫描范围和速度、线扫 描和面扫描路径均由电脑进行控制和设定，所述电脑提供的信号通过驱动放大电路驱动光 学扫描头，从而在X-Y平面控制激光束的偏转，样品相对于激光光束沿x方向移动，通过控 制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲重合度达到1 % -99%，完成移动后，再沿y方向 单步步进，通过控制步进距离，使其光束重合度在y方向达到1% -99%，工作台反转，所述 样品加工范围为126mm x 126mm;
[0068] 步骤四，样品经过步骤三激光加工后，将经过加工后的样品放入电热干燥箱里烘 烤，在气压为普通大气压下，湿度为52% RH，温度为200°C条件下恒温烘烤6小时，得到所述 的不锈钢超疏水自清洁表面。
[0069] 采用上述实施例1相同的测试方法测试所述得到的不锈钢超疏水自清洁表面的 接触角、滚动角。
[0070] 本实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面，其扫描电镜照片如图7所示，其 表面呈现微米级的乳突状结构。
[0071] 本实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面与水的接触角示意图如图3(e)所 示，滚动角示意图如图3(f)所示。
[0072]本实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面与水的接触角为153°，滚动角为 4.0°，测试结果见表1。
[0073] 实施例4
[0074] 本实施例的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，包括以下 具体步骤：
[0075]步骤一，将304不锈钢抛光，抛光选用功率为370W，研磨盘转速为450转/分，研磨 盘直径为230mm的金相试样预磨机，抛光过程需要辅助直径为200mm、1000目的SiC水砂纸 在所述不锈钢表面进行抛光处理，抛光范围为l〇〇cm2,抛光时间10分钟，得到表面抛光后的 不锈钢样品；
[0076] 步骤二，将步骤一所述表面抛光后的不锈钢样品用超声波清洗仪清洗，超声波清 洗仪超声波频率为40kHz，用电阻率为18. 25兆欧的去离子水淹没样品表面，在室温下，连 续清洗30分钟，清洗干净后，室温自然晾干，得到洁净的不锈钢样品；
[0077] 步骤三，采用短脉冲激光器，激光器波长为1064nm，对步骤二所述得到的洁净不锈 钢样品表面进行激光加工，在样品表面加工出无数的微结构，所述激光器的脉宽为20ns，单 脉冲能量为〇. 15mJ，重复频率为100kHz，所述激光扫描配合运动工作平台，将步骤二所述 得到的洁净不锈钢样品固定于运动工作平台上，利用透镜将激光光束聚焦在所述样品上， 使样品的表面相对于所述脉冲激光器光束的聚焦刻蚀光斑沿x、y、z三维方向移动，速度为 200mm/s，通过逐行逐列烧蚀所述不锈钢样品表面，实现微纳结构的刻蚀；所述运动平台单 元为三维伺服精密移动平台，所述平台移动的范围、速度、方向均由计算机控制，可沿X、Y、Z 三维方向移动，样品加工范围为150mm x 150mm;
[0078] 步骤四，样品经过步骤三激光加工后，将经过加工后的样品放入电热干燥箱里烘 烤，在气压为普通大气压下，湿度为48% RH，温度为250°C条件下恒温烘烤2小时，得到所述 的不锈钢超疏水自清洁表面。
[0079] 采用上述实施例1相同的测试方法测试所述得到的不锈钢超疏水自清洁表面的 接触角、滚动角。
[0080] 本实施例制备得到的不锈钢表面，其扫描电镜照片如图8所示。其表面呈现微米 级的乳突状结构。
[0081] 本实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面与水的接触角示意图如图4(g)所 示，滚动角示意图如图4(h)所示。
[0082] 本实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面与水的接触角为160. 8°，滚动角 为8.6°，测试结果见表1。
[0083] 表1为本发明各实施例制备得到的不锈钢超疏水自清洁表面的接触角、滚动角的 测试结果。
[0084]表1
[0086] 本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所做的举例，而并非是对本发明 的实施方式的限定。凡是在本发明精神和原则内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应 包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其特征在于：所述方法 包括如下步骤： 步骤一，将待处理的不锈钢表面进行抛光预处理，得到表面抛光后的不锈钢样品； 步骤二，将步骤一所述表面抛光后的不锈钢样品放在盛有去离子水的超声波清洗仪中 清洗，清洗干净后，将所述不锈钢样品表面用冷风吹干或室温自然晾干，得到洁净的不锈钢 样品； 步骤三，利用激光加工技术，采用短脉冲激光器调节好相关的工艺参数后对步骤二所 述得到的洁净不锈钢样品表面进行激光扫描处理，在样品表面加工出无数的微结构； 所述激光扫描米用振镜系统进行光束扫描，振镜扫描的速度为0.lmm/s-30m/s，激光的 通断及振镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定； 或所述激光扫描采用多棱镜系统进行光束扫描，多棱镜扫描的速度为lm/s-SOOm/s，激 光的通断及多棱镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定； 或所述激光扫描使用运动平台系统实现，将光束固定，样品相对光束运动，平台运动的 速度为〇.lmm/s-3m/s，激光的通断、平台运动轨迹和速度均由计算机程序控制和设定； 步骤四，将步骤三所述得到的表面经过激光加工处理后的不锈钢样品放入恒温恒湿电 热干燥箱内烘烤，即得到所述不锈钢超疏水自清洁表面； 其中，步骤三所述的短脉冲激光器波长小于1550nm，平均功率小于80W，所述激光加工 参数为：脉宽大于l〇ns，单脉冲能量小于I. 03mJ。2. 如权利要求1所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述的不锈钢为304不锈钢。3. 如权利要求1或2所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面 的方法，其特征在于：步骤三所述短脉冲激光器的重复频率为70kHz-lMHz，所述脉宽为 10ns-500ns〇4. 如权利要求3所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述短脉冲激光器的脉宽为20ns-240ns。5. 如权利要求4所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述短脉冲激光器的波长为l〇64nm，所述脉宽为240ns，所述单脉冲能量范围为 0? 35mJ-〇. 65mJ〇6. 如权利要求4所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述短脉冲激光器的波长为l〇64nm，所述脉宽为20ns，所述单脉冲能量范围为 0?lmJ-0. 15mJ〇7. 如权利要求5所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述单脉冲能量为0. 6ImJ。8. 如权利要求6所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，其 特征在于：所述短脉冲激光器的重复频率为100kHz-550kHz，所述短脉冲激光的扫描速度 为 200mm/s_l10Omm/s。9. 如权利要求1所述的一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法， 其特征在于：步骤四中所述电热干燥箱内的压力为普通大气压，湿度为40%-60%RH，温度为 100°C-250°C，所述样品烘烤的时间为2-8小时，所述电热干燥箱内的温度误差为±1°C。
【专利摘要】本发明涉及一种利用短脉冲激光制备不锈钢超疏水自清洁表面的方法，属于金属基材表面改性技术领域。该方法首先将不锈钢样品进行抛光预处理，然后在盛有去离子水的超声波清洗仪中清洗样品表面，清洗干净后，冷风吹干或晾干，再利用激光加工技术，采用短脉冲激光器调节好相关的工艺参数后对样品进行表面处理，在样品表面加工出无数的微结构，加工完成后，将经过加工后的样品放入电热干燥箱内烘烤，得到表面具有微米级乳突状结构的不锈钢超疏水表面，该表面具备自清洁的功能和优异的耐摩擦、耐腐蚀性能。本发明的制备方法工艺简单，操作方便，效率高，能耗少，成本低，绿色环保，易于实现工业应用。
【IPC分类】B23K26/362, B23K103/04
【公开号】CN104907702
【申请号】CN201510284797
【发明人】刘顿, 彼得.班尼特, 邓波, 陈列, 翟中生, 娄德元, 杨奇彪, 关来庆, 熊厚
【申请人】湖北工业大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月28日