锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。     

纳秒激光制备超疏水TC4钛合金表面的抗结霜性能

采用纳秒激光对TC4钛合金表面进行刻蚀,然后放入电热干燥箱内烘烤,研究了钛合金表面的浸润特性、微观结构及抗结霜性能。结果表明：在100 W激光功率下纳秒激光刻蚀和烘烤处理后钛合金表面接触角超过160°,而滚动角小于5°,具有非常好的超疏水性能,钛合金表面呈纳米级的凹坑、凸起和规则球状结构;激光刻蚀钛合金表面经烘烤后同时满足了粗糙微观结构与低表面能的条件,表面的浸润特性从超亲水状态转变为超疏水状态;在-15℃下激光刻蚀和烘烤后的超疏水钛合金表面9μL水滴完全结冰所需时间为360 s,比未激光刻蚀钛合金延长了2倍以上,且水滴完全结冰后仍能保持大于130°的接触角;在-15℃恒湿条件下持续冷冻10 min后超疏水钛合金表面只出现了零散的小颗粒霜晶,而未激光刻蚀钛合金表面密集分布着大量小颗粒霜晶。     

单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究

以单晶硅为对象,使用波长355 nm、脉宽15 ns的纳秒激光对单晶硅进行烧蚀加工试验研究.基于单因素法设计并完成了单晶硅纳秒脉冲激光直线刻蚀试验,探究了激光输出功率、激光脉冲重复频率、激光扫描速度和扫描次数对纳秒脉冲激光加工单晶硅表面形貌的影响规律.基于优化的加工工艺参数,在单晶硅表面制备出方形阵列的微结构.     

纳秒脉冲激光加工不锈钢表面

通过对316L不锈钢表面进行纳秒脉冲激光处理分析的研究。结果表明：纳秒脉冲激光在316L不锈钢表面形成了微结构,改变了样品表面的形貌。实验中采用纳秒脉冲激光对不锈钢在空气中进行辐照,研究了表面微结构在不同扫描速度、扫描电流和扫描次数下的演化情况。不锈钢的市场前景十分可观,纳秒激光脉冲技术的发展也倍受青睐,将材料与新兴技术相结合,具有很好的研究意义。     

激光切割工业纯铝的工艺研究

通过对工业纯铝的激光切割试验,探讨了其加工的工艺特点,分析了不同的切割参数如激光功率、焦点位置、切割速度、辅助气体的压力以及表面粗糙度等对切割质量的影响,给出了Nd:YAG激光器切割铝片的具体方法.实验结果表明,只要工艺参数选择适当,可获得很好的切口质量,且能提高生产效率.     

超短脉冲激光加工超疏水功能性微结构表面

典型微结构的制备,尤其是具备特定功能性微结构表面的高效加工已成为加工制造业的研究热点。以超快皮秒脉冲激光为加工手段,实现超疏水功能性微结构表面的高效制备。试验结果显示,采用脉冲宽度为8.1ps、波长为532nm的超短皮秒脉冲激光可以一次构造出具有微纳双重结构的超疏水功能性微结构表面,其静态接触角可以高达158°,滚动角小于5°。该试验为此类功能性微结构表面的加工及应用开拓了全新的技术方法,应用前景广阔。     

基于纳秒激光加工技术的表面织构工艺参数研究

研究了脉冲激光输出功率、扫描间距和扫描速度对材料表面性能的影响,使用扫描电子显微镜、表面能测量仪对材料表面形貌、润湿性及表面能进行测量表征。结果表明,在一定范围内,激光功率对材料的性能影响较大,但由于等离子屏蔽效应影响,高功率范围内材料性能随输出功率变化不大。扫描间距和扫描速度对材料的影响效果相似,过低的扫描间距和扫描速度会抑制表面织构的效果,影响表面润湿性和表面能,同时会诱发大量微裂纹;过高的扫描间距和速度会降低织构密度,减小材料的表面润湿性能。     

基于电化学加工方法的铝基超疏水表面制备技术研究

鉴于金属铝表面存在微米级的晶界和纳米级的位错,在外加电场和电解液的作用下,晶界位错处因具有更高的位能会使得阳极优先溶解,进而形成微纳米结构相结合的粗糙表面,提出一种新的铝基超疏水表面的电化学制备方法,实验研究了其加工质量、加工效率和加工条件之间的关系,结果显示电化学加工方法能够在铝基底上制备出多阶层微/纳米结构,可用作超疏水表面基底。电化学加工比化学刻蚀法有更好的可控性,同时比光刻等方法更经济。所加工表面经过低表面能材料修饰后呈现超疏水的特性,与水滴的接触角达到167°,滚动角小于3°。     

激光-电化学沉积制备超疏水铜表面及其Cassie状态稳定性研究

目前已有大量研究关注超疏水表面的制备方法,但金属表面微纳米复合结构对Cassie状态稳定性影响的研究还相对较少。采用激光-电化学沉积连续加工方法,在铜表面制备出具有丰富纳米镍棱锥的微纳米复合结构。改变激光扫描间隙,铜样品得到不同尺寸的微米结构,在常温(25℃)和低温(5℃)下表现出不同的润湿性。激光扫描间隙相当于激光光斑直径时,超疏水表面在常温和低温下的接触角均达到最大值,分别为161°和151°,滚动角均达到最小值,分别为1°和5°。此时,液滴冲击试验下的Cassie状态最稳定,样品表面有3、4次完整的回弹过程。冷凝试验表明,稳定的Cassie状态与表面微纳米复合结构有关。丰富的纳米结构能使冷凝微液滴从表面跳开,且激光扫描间隙相当于光斑直径时,均匀、紧密分布的微米结构小于液滴跳跃的临界尺寸,具有更稳定的Cassie状态。本研究提供一种高效制备微纳米复合结构的超疏水铜表面的方法,并讨论其表面Cassie状态的稳定性。     

纳秒、皮秒和飞秒激光脉冲对材料表面的改性

对基体材料镉镍铁合金600和多层TiAIN/TiN涂层的激光表面改性在基础研究和实际应用中有着很好的前景.本文观察了由超短脉冲(fs和ns)和短脉冲(ns)激光器引起的镉镍铁合金600和TiAIN/TiN镀层的表面变化.结果显示,3种激光都能使靶面发生形态改变,超短脉冲的破坏轮廓更为清晰.与Ps激光脉冲相比,fs激光脉...     

激光热处理对铸造铝青铜合金微观组织与硬度的影响

采用激光热处理技术对ZCuAl10Fe3Mn2铸造铝青铜合金进行热处理。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和IPP软件对合金的铸态组织结构、物相组成和力学性能等进行对比研究。结果表明,激光热处理对铝青铜合金组织结构和性能的影响是显著的,对激光热处理前、后比较发现基体仍以α相为主,但其含量明显减少,β′相、强化相K相、γ2相以及共析反应生成的(α+γ2)共析体的含量明显增加且更加均匀地分布于基体组织中。激光热处理后组织晶粒细化效果明显,起到了很好的强化作用。     

金属铝靶在纳秒脉冲激光与连续激光组合辐照下的温度特性研究

本文研究了纳秒脉冲激光与连续激光组合辐照下的铝靶温度变化情况。根据一维热传导基本模型,建立激光辐照铝靶温度变化物理模型。通过仿真分析发现,在激光能量密度相同条件下,与连续激光辐照相比,纳秒脉冲激光辐照下的铝靶表面温度先急剧增大,随着脉冲激光作用结束,靶面温度急剧下降。在组合激光辐照下,靶面温度急剧增大的时刻与脉冲激光开始作用时刻基本相同,且金属铝靶内部温度显著变化仅发生在表面微米级厚度内。     

超疏水表面制备技术的研究进展

具有非润湿和自清洁特性的超疏水表面由于其广阔的应用前景而引起人们的极大关注.介绍超疏水状态下Wenzel和Cassie-Baxter 2种接触模型及其相互关系,讨论2种模型下表面微细结构对接触角的影响.从构造表面微细结构和低表面能物质修饰2个方面总结近年来超疏水表面制备技术的研究进展,并对超疏水表面的研究进行展望.     

激光气体氮化对工业纯钛TA2表面硬度的影响

通过组织观察和硬度测试分析了工业纯钛TA2在激光气体氮化中,带式积分镜的应用和激光气体氮化参数对氮化后TA2表面硬度的影响。结果表明:采用带式积分镜进行激光光束变换可以有效提高工业纯钛TA2的表面硬度和激光氮化处理的效率;氮化区域内生成硬质相TiN是工业纯钛TA2表面硬度得到提高的主要原因,有利于硬质相TiN形成的激光气体氮化参数都会提高其表面的硬度。     

微纳双重结构表面的接触角模型及其润湿性研究

依据超疏水、自清洁荷叶表面具有的微米乳突和纳米鞭毛双重结构,设计类似荷叶表面的微/纳双重结构,建立对应的Wenzel、Cassie接触角模型,分析微纳双重结构及其结构参数对表面润湿性的影响。研究表明,对于单级微观结构,具有细长(较大的柱高与柱边长比)微观结构的粗糙表面疏水效果更好;对于微纳双重结构,二级纳米结构的出现降低了实现超疏水性的柱高与柱边长比的阈值,微纳双重结构可以大大提高表面的疏水性能。     

宏观石墨颗粒对工业纯铝阻尼性能的影响

运用空气加压渗流技术制备了宏观石墨颗粒增强的工业纯铝金属基复合材料,在25～400℃温度范围和频率为0.5,1.0和3.0 Hz条件下在多功能内耗仪上测量了不同材料的内耗和相对动力学模量;用透射电子显微镜对材料的显微组织进行了观察;依据内耗测量和微观分析讨论了宏观石墨颗粒对工业纯铝阻尼行为的影响.结果表明:复合材料的阻尼性能随着宏观石墨颗粒体积分数的增加而增大,阻尼性能比致密工业纯铝提高了2～3倍.     

适合于纳秒激光微加工的压电陶瓷微位移平台

针对纳秒激光微加工的具体要求,设计了一种压电陶瓷的微位移工作台控制系统,它是由压电陶瓷、柔性铰链机构和DSP控制系统组成。基于TMS320VC33的DSP作为控制中心,主要用于对采集到的位移信号进行处理,通过PID算法控制微动平台的移动距离。将该微位移平台安装在纳秒激光微加工机上,与原系统配合进行加工,可以有效改善微结构加工的效果。     

超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题;然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结,从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施,为拓展超疏水表面加工体系提供思路;进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段,并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法;最后,展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景,以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。     

铝表面等离子喷涂陶瓷层的激光改性

用激光重熔和激光二次熔覆的方法,对铝表面的等离子喷涂陶瓷层进行了改性处理,实验结果表明,激光重熔和激光二次熔覆处理可以显著地改变铝表面等离子喷涂陶瓷层的结构和性能,但不同的处理方式对涂层状态,涂层结构等方面有不同的影响。等离子喷涂后激光二次熔覆工艺是更有效地改性方法。     

纳秒激光加工2.5维Cf/SiC复合材料的烧蚀孔洞特征

针对新型材料2.5维碳纤维增强陶瓷基（Cf/SiC）复合材料采用传统机械加工难以去除加工的问题,采用纳秒激光烧蚀2.5维Cf/SiC复合材料,烧蚀后采用扫描电子显微镜观察其烧蚀孔洞形貌特征,并分析其烧蚀去除机制,讨论激光加工参数对烧蚀孔径的影响。研究表明,Cf/SiC复合材料的激光烧蚀区域出现烧蚀孔洞、重凝、纤维断口、末端气胀,以及长轴与纤维方向一致的椭圆形材料性能变化区域等烧蚀现象;激光烧蚀Cf/SiC复合材料过程中存在氧化的化学变化现象;烧蚀产生的孔径随烧蚀功率的增加和烧蚀时间的延长而增大,烧蚀时间和烧蚀功率均较大时,可能存在烧蚀孔洞被重凝材料堵塞或部分堵塞的情况。计算出纳秒激光的束腰半径为223 μm,纳秒激光烧蚀Cf/SiC复合材料的烧蚀阈值为0.32 J/cm2。