金属材料超疏水表面纳秒激光加工及性能研究

发布时间：2021-05-17 19:32

　　超疏水表面广泛存在于自然界中,如荷叶表面、水稻叶子表面、蜘蛛表面、水黾腿等。这些超疏水表面往往给生物带来了一些奇特功能,如自清洁、防水等,此外研究人员还发现超疏水表面具有抗结冰结霜、耐腐蚀、减阻、油水分离、液体无泵运输等功能,应用前景较大。目前,加工超疏水表面需要满足两个条件,即构建微纳米表面微结构和降低表面的表面能。其中,构建微纳米结构的方法较多,主要包括化学沉积法、化学刻蚀法、电化学刻蚀法、喷涂法、光刻法等。本文采用激光加工的方法制备超疏水表面,相较于其他方法,激光加工方法具有操作简单、加工速度快、加工参数易于控制、可重复性高等优点。本文采用光纤激光打标机对金属表面进行加工,其采用波长为1064nm的纳秒激光,相比于目前常用于制备超疏水表面的皮秒激光和飞秒激光,纳秒激光的单脉冲时间更长,其成本相对更低但加工效率更高。研究了激光器的扫描速度、激光频率和激光功率对加工金属表面形貌的影响。纳秒激光加工后的金属表面呈现突起与凹坑的有序规则排列,增大扫描速率会减小表面的PV值;而增大激光频率会使得表面有突起凹坑排列转变成波浪结构;增大激光功率会明显增大材料表面PV值。研究了多种金属在激光器不... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 微结构制备常用方法
    1.3 超疏水基本理论
        1.3.1 固体润湿性的基本概念
        1.3.2 固体润湿性的理论模型
        1.3.3 超疏水表面的实现机制
    1.4 超疏水表面常见应用方向
    1.5 主要研究内容
2 激光加工原理
    2.1 激光加工分类
    2.2 激光器的组成
    2.3 光纤激光打标机的组成
    2.4 激光打标机加工原理
        2.4.1 金属材料对光能的吸收
        2.4.2 金属材料内部的热传导
        2.4.3 金属材料激光打标过程
    2.5 本章小结
3 纳秒激光加工法制备金属超疏水表面
    3.1 引言
    3.2 实验装置与制备过程
        3.2.1 实验材料与装置
        3.2.2 实验测量仪器
        3.2.3 铝表面微结构的制备步骤
    3.3 激光加工参数对加工表面的影响
        3.3.1 激光扫描速度对加工表面形貌的影响
        3.3.2 激光频率对加工表形貌的影响
        3.3.4 激光功率对加工表形貌的影响
    3.4 多种金属激光加工超疏水性能研究
        3.4.1 超疏水表面的制备步骤
        3.4.2 激光器参数因素水平取值
        3.4.3 实验结果的因素影响水平分析
    3.5 本章小结
4 激光加工法制备超疏水表面的性能研究
    4.1 引言
    4.2 耐摩擦性能
    4.3 自清洁性能
    4.4 耐腐蚀性能
    4.5 抗结冰性能
    4.6 流体减阻性能
    4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining[J]. Jing Sun,Wei Cheng,Jin-Long Song,Yao Lu,Yan-Kui Sun,Liu Huang,Xin Liu,Zhu-Ji Jin,Claire J-Carmalt,Ivan P-Parkin.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)

硕士论文
[1]基于纳秒激光的金属微流道成型及质量研究[D]. 吕宋.广东工业大学 2017
[2]钛合金基体上极端润湿性表面的制备及其性能研究[D]. 王莉莉.大连理工大学 2017
[3]超快激光加工铝基超疏水表面及其浸润性控制研究[D]. 陶然.湖北工业大学 2015



本文编号：3192320