纳秒激光加工和热处理对纯铝表面润湿性的影响

采用纳秒激光加工技术在纯铝板表面制备微纳米结构,之后进行150℃×2h的热处理,研究激光扫描间距(0.0050.020mm)、扫描速度(1001 700mm·s~(-1))与热处理对激光烧蚀表面润湿性的影响。结果表明:不同工艺参数下激光烧蚀后纯铝板表面均形成了相对规则的微纳米网格结构;激光烧蚀后的纯铝板表面为超亲水表面,再经热处理后变为疏水表面或超疏水表面;随着扫描速度和扫描间距的增大,激光烧蚀和热处理后,纯铝板表面的接触角变化不明显,滑动角增大,表现出不同程度的润湿性;在激光扫描速度为100mm·s~(-1),扫描间距为0.005mm下激光烧蚀与热处理后,纯铝板表面微纳米结构致密,其接触角为155.6°,滑动角为4°,超疏水性最佳。     

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。     

脉冲光纤激光制备聚晶金刚石疏液表面的研究

针对聚晶金刚石（PCD）表面,提出了一种经济、高效、可控制备多种微观结构的激光加工方法,与低表面能处理技术相结合,可实现对表面特性的有效调控。利用激光表面织构化方法在PCD表面制备出含有沟槽和锥形凸起的微纳结构,并分析了单脉冲能量和扫描速度对微观结构形貌和特征尺寸参数的影响;将激光织构化的PCD表面进行氟化处理,分析PCD表面微观结构对疏水和疏油性的影响规律。结果表明：随着单脉冲能量的增加或扫描速度的降低,沟槽深度、山脊间距和表面粗糙度随之增大;低表面能处理后,PCD表面与水和乳化剂的接触角分别在93°~149°和102°~134°范围内变化,由此可实现对PCD表面不同润湿性的控制。另外,分析了PCD表面微观结构的形成机理,并探讨了微观结构参数对疏水疏油性能的影响规律。     

工程金属材料极端润湿性表面制备及应用研究

<正>极端润湿性表面是指与液体的接触角小于10°或大于150°的表面,它作为一种功能表面,在军事、通讯、石油开采等场合具有重要的应用价值。然而,迄今人们对表面微观结构影响表面润湿性的规律及其机制的了解仍非常有限,对极端润湿性表面制备方法的研究还处于探索阶段,且现有制备方法在安全、环保、效率等方面还存在诸多问题,亟需研制适合产业化的工程金属材料表面微观结构及极端润湿性表面的制备方法。在分析润湿性相关理论及工程金属材料极端润湿性表面研究现状的基础上,论文首先提出了在工程金属材料上构建和调控微/纳米微观结构基底,进而制备超亲水和超疏水极端润湿性表面的新方法;基于化学溶解与化学沉积、电化学阳极溶解与氧化等相关理论,利用对环境危害较小的盐溶液,在铝、镁、铜、不锈钢等多种工程金属材料上构建微观结构并制备出超亲水和超疏水表面;掌握了各种方法的关键技术和基本规律,为解决     

304不锈钢表面离散圆形凹坑液相辅助激光制备及摩擦性能

为改善304不锈钢耐磨性及润湿性，在空气与液相2种介质下使用激光加工技术在304不锈钢表面制备离散型圆形凹坑织构。借助白光干涉仪、扫描电子显微镜及能谱、接触角测量仪对织构试样表面形貌、元素含量及润湿性进行了表征，并通过摩擦磨损试验考察了织构试样在干摩擦和油润滑下的摩擦学性能。结果表明：空气介质下激光加工增强了试样表面疏水性能，接触角为123.3°；液相辅助激光加工增强了试样表面润湿性，接触角为29.3°；液相辅助激光加工表面的微凹坑分布更加均匀，无明显的氧化及熔融物重铸现象，这是因为液相在激光加工时对试样起到了冷却及保护作用；液相辅助激光加工表面织构在2种摩擦工况下的摩擦因数均最小，且磨损有一定改善。液相辅助激光制备的织构表面较为均匀、无较大的微凸峰，且具有较好的润湿性能，有利于润滑油的存储及铺展，进而改善了界面摩擦行为。     

基于激光加工的微米级平行沟槽表面润湿性实验研究

生物医用材料表面润湿性是影响其生物相容性的一个重要影响因素。通过改变激光加工工艺参数,在钛合金基底上制备不同微结构尺寸的平行沟槽结构,采用白光干涉的方法测量钛合金表面平行沟槽的轮廓形貌,分别从平行和垂直纹理方向上对静态接触角、前进角和后退角进行测量,分析材料表面微结构对润湿性的影响,并探讨微结构尺寸与能量壁垒之间的关系。     

采用移动式阴极制备大尺寸超亲水/超疏水铝板

基于电化学加工方法和氟化处理技术,采用移动式阴极制备了大尺寸超亲水/超疏水铝板,用扫描电子显微镜和能谱仪分别对该铝板表面的形貌和成分进行了分析,并采用接触角测量仪测量了所得表面的接触角和滚动角。结果表明:采用移动式阴极加工大面积超亲水/超疏水铝板是可行的;电化学加工后的超亲水铝板表面存在二元微纳米粗糙结构,对水的接触角约为0°;该超亲水表面经氟化处理后可转变为超疏水表面,对水的接触角为167°,滚动角小于3°。     

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°。     

超疏水表面膜的制备

通过化学气相沉积的方法,在具有规则微形貌的硅片表面沉积硅的有机物制备出了超疏水表面,进而对表面的润湿性进行了对比。结果表明:不同的成膜时间和微形貌的结构尺寸直接影响着表面的润湿性;表面的接触角随着时间的增长而增大,但有一时间极限,此后接触角基本不受影响;当微形貌深度一定,随着形貌宽度的增加接触角无明显变化,但超过某一临界值时,接触角下降明显,不再形成超疏水表面。     

电化学和化学加工法制备铝基体超双疏表面

通过电化学和化学加工技术在铝基体上制备出超双疏(超疏水-超疏油)表面,并用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能量色散X射线光谱仪和光学接触角测量仪对所得样品表面的微观形貌、化学成分和润湿性进行了分析.研究结果表明,电化学和化学加工后的铝样品表面存在由微米级的长方形凸台铝结构和纳米级的针状勃姆石、氧化铝结构所构成的二元微纳米粗糙结构;此样品表面在氟化处理前显示超亲水-超亲油性;经氟化处理后,样品表面转变为超双疏性,水、甘油、花生油、十六烷在样品表面的接触角分别为166.6°、164.7°、160.1°和157.7°,滚动角分别为2.0°、2.0°、4.0°和3.5°;二元微纳米粗糙结构的获得及表面能的降低是铝表面获得超双疏性的必要条件.与已有方法相比,电化学和化学加工技术具有简单、高效、安全、成本低等优点.