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一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510281709.8

申請日:

2015.05.28

公開號:

CN104988507A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):C23F 4/04申請公布日:20151021|||實質審查的生效IPC(主分類):C23F 4/04申請日:20150528|||公開
IPC分類號: C23F4/04 主分類號: C23F4/04
申請人: 湖北工業大學
發明人: 楊奇彪; 劉頓; 張德生; 彼得·班尼特; 陳列; 翟中生; 婁德元; 關來慶; 熊厚
地址: 430068湖北省武漢市洪山區南李路28號
優先權:
專利代理機構: 武漢帥丞知識產權代理有限公司42220 代理人: 朱必武
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510281709.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.12|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,屬于金屬基材表面改性技術領域。該方法首先將鑄鐵樣品進行拋光預處理,然后分別利用去離子水和無水乙醇清洗樣品表面后吹干或晾干,再利用激光加工技術,采用超快脈沖激光調節好相關的工藝參數后對樣品進行表面處理,在樣品表面加工出無數的微結構,加工完成后,將經過加工后的樣品放入電熱干燥箱內烘烤,得到所述鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,該表面具備自清潔的功能和優異的耐摩擦和耐腐蝕性能。本發明的制備方法工藝簡單,操作方便,效率高,能耗少,成本低,綠色環保,易于實現工業應用。

權利要求書

權利要求書
1.  一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述方法包括如下步驟:
步驟一,將待處理的鑄鐵表面進行拋光預處理,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品放在盛有去離子水的超聲波清洗儀中清洗,然后用無水乙醇清洗,清洗干凈后,將所述鑄鐵樣品表面用冷風吹干或室溫自然晾干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,利用激光加工技術,采用超快激光器調節好相關的工藝參數后對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光掃描處理,在樣品表面加工出無數的微結構;
所述激光掃描采用振鏡系統進行光束掃描,振鏡掃描的速度為0.1mm/s-30m/s,激光的通斷及振鏡系統的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機程序控制和設定;
或所述激光掃描使用運動平臺系統實現,將光束固定,樣品相對光束運動,平臺運動的速度為0.1mm/s-3m/s,激光的通斷、平臺運動軌跡和速度均由計算機程序控制和設定;
步驟四,將步驟三所述得到的表面經過激光加工處理后的鑄鐵樣品放入恒溫恒濕電熱干燥箱內烘烤,即得到所述鑄鐵超疏水耐腐蝕表面;
其中,步驟三所述的超快激光器波長小于1000nm,所述激光加工參數為:脈寬大于30fs,單脈沖能量小于0.1mJ。

2.  如權利要求1所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:步驟三所述超快激光器的重復頻率為10kHz-200kHz,所述脈寬為30fs-10ps。

3.   如權利要求2所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述超快激光器的脈寬為80fs-800fs。

4.  如權利要求3所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述超快激光器的波長為800nm,脈寬為90fs-550fs,所述單脈沖能量為30μJ-60μJ。

5.  如權利要求4所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述超快激光器的脈寬為90fs,所述激光掃描速度為30mm/s-50mm/s。

6.  如權利要求4所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述超快激光器的脈寬為550fs,所述單脈沖能量為40μJ-60μJ,所述激光掃描速度為30mm/s-50mm/s。

7.  如權利要求6所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述單脈沖能量為40μJ,所述超快激光器的重復頻率為10kHz,所述激光掃描速度為44.2mm/s。

8.  如權利要求1-7任一項所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:步驟四中所述電熱干燥箱內的壓力為普通大氣壓,濕度為40%-60%RH,溫度為100℃-250℃,所述樣品烘烤的時間為2-8小時,所述電熱干燥箱內的溫度誤差為±1℃。

9.  如權利要求8所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,其特征在于:所述恒溫恒濕電熱干燥箱內的濕度為40%RH,溫度為100℃,烘烤的時間為8小時。

10.  一種由權利要求1-9任一項所述的方法制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,所述表面具有納米級的凸起狀結構。

說明書

說明書一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法
技術領域:
本發明屬于金屬材料表面改性技術,涉及鑄鐵基體上超疏水表面的制備方法,更具體地說,本發明涉及一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法。
背景技術:
自然界為我們提供了大量的超疏水、自清潔的動植物表面實例,如荷葉、水稻葉、水印腿、蛾的翅膀、鳥類的羽毛等表面。自然界的生物經過億萬的演變進化出各種形態、功能、結構和材料的表面,以適應其生存的環境。這種結構表面具有超疏水非浸潤、自清潔、防粘附的功能,除此之外還有隱身、減阻、降噪等功能。隨著現代材料技術和測試檢測技術的發展,科學家們發現自然界的這些動植物具有超疏水和自清潔功能,當污染物及水附著在其表面上很容易滑落達到自清潔的目的,而要清洗同樣的表面則需要耗費大量的人力和物力。因此在金屬材料上制備出超疏水表面得到越來越多的關注,人們渴望將超疏水性能應用于工業生產,尤其是在鑄鐵表面上制備出超疏水的性能。通常規定,將水滴在表面的接觸角CA大于90°稱為疏水表面,當接觸角CA大于150°、滾動角TA小于10°的表面稱為超疏水表面。
鑄鐵是世界上產量最高的金屬材料,被廣泛的應用在船舶工業、汽車工業、橋梁鐵路等領域中。但是每年由于腐蝕造成鑄鐵的損失占年產量的10-20%,因此鑄鐵的防腐蝕就顯得尤為重要。超疏水耐腐蝕概念為鑄鐵基體的耐腐蝕處理提供了新的思路。用激光技術加工鑄鐵表面,使鑄鐵表面形成耐腐蝕的超疏水表面,具有非常大的應用前景。
金屬材料的浸潤性是金屬表面很重要的一個特征,材料的微觀結構以及組成成分共同影響這材料表面的浸潤性。在金屬材料上制備出超疏水的方法有很多,典型的方法有:陽極氧化法、化學藥水腐蝕法、電化學刻蝕+化學腐蝕法、激光刻蝕+化學腐蝕法。陽極氧化法就是將多孔氧化鋁凝膠浸入沸水當中,然后將升華的材料和鋁石或者硅石混合,為了有效地獲得超疏水表面,還需要用低表面能物質對表面進行必要的修飾,加工的效率并不高。而其他制備方法大多需要特殊的設備或者苛刻加工條件及不可或缺的昂貴、高污染的化學藥劑,通過將樣品泡置在化學試劑中,使其表面 形成凹坑狀微結構。這些方法對環境的污染較大,操作工藝復雜。針對在鑄鐵材料上制備出超疏水表面,將使用一種無化學藥水、無污染操作簡單的激光加工法,在材料表面形態高度一致的微結構上改善鑄鐵表面形貌,實現材料表面超疏水自清潔的要求,對于提高效率、節能、保護環境等都具有重要意義。申請號為201310079939.7的專利公開了一種鋁合金仿生超疏水表面的制備方法,首先以無水乙醇清洗鋁合金,然后在鋁合金表面進行激光加工,在試樣表面加工出無數微尺度的彈坑狀結構,再將試樣浸入化學刻蝕溶液中,使試樣表面的形貌特征發生改變,但該方法未完全突破傳統化學蝕刻的表面處理工藝,采用激光加工工藝后還進一步利用了化學刻蝕,且將經過化學刻蝕后的鋁合金試樣放入含有DTS的甲苯溶液中進行修飾,在其表面逐漸形成低表面能的薄膜,該處理工藝復雜,且使用了高毒致癌物質甲苯,容易造成環境污染。申請號為201410657627.4的專利公開了一種超疏水高粘附金屬表面及其制備方法,通過高功率皮秒或飛秒激光在金屬表面制備類玫瑰花表面微觀結構的周期性微納米結構,再通過低自由能物質的表面修飾,實現了超疏水高粘附金屬表面的制備,該方法采用低表面能物質對表面進行必要的修飾,加工效率低;申請號為200910183588.8的專利公開了一種仿生金屬超潤濕跨尺度結構設計方法與制備方法,該方法通過復雜的超親水理論設計,將待處理樣品置于高真空室中,分別在不同角度下進行兩次掃描,最終獲得接近自然生物表面形貌的跨尺度微結構,但是該方法需嚴格控制各項工藝參數,處理成本過高,完全不適合工業化大規模生產。
綜上所述,探索一種具有簡單、快捷、成本低、加工效率高的超疏水耐腐蝕的鑄鐵基體表面制備方法,是一項既有理論價值又有現實應用價值的技術工作,這項技術發明甚至有可能給超疏水耐腐蝕這個領域帶來顛覆性的變化。
發明內容
為了克服現有技術存在的不足,本發明的目的在于提供一種工藝簡單,制備效率高、綠色環保的鑄鐵超疏水表面制備方法。本發明的方法可在各種尺寸和不同形狀的鑄鐵材料表面獲得長期穩定的、接觸角大于150°、滾動角小于10°的超疏水表面,同時制得的表面還具有出色的耐腐蝕性能。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的:一種利用超快激光制備鑄鐵 超疏水耐腐蝕表面的方法,所述方法包括如下步驟:
步驟一,將待處理的鑄鐵表面進行拋光預處理,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品放在盛有去離子水的超聲波清洗儀中清洗,然后用無水乙醇清洗,清洗干凈后,將所述鑄鐵樣品表面用冷風吹干或室溫自然晾干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,利用激光加工技術,采用超快激光器調節好相關的工藝參數后對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光掃描處理,在樣品表面加工出無數的微結構;
所述激光掃描采用振鏡系統進行光束掃描,振鏡掃描的速度為0.1mm/s-30m/s,激光的通斷及振鏡系統的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機程序控制和設定;
或所述激光掃描使用運動平臺系統實現,將光束固定,樣品相對光束運動,平臺運動的速度為0.1mm/s-3m/s,激光的通斷、平臺運動軌跡和速度均由計算機程序控制和設定;
步驟四,將步驟三所述得到的表面經過激光加工處理后的鑄鐵樣品放入恒溫恒濕電熱干燥箱內烘烤,即得到所述鑄鐵超疏水耐腐蝕表面;
其中,步驟三所述的超快激光器波長小于1000nm,所述激光加工參數為:脈寬大于30fs,單脈沖能量小于0.1mJ。
進一步地,上述技術方案中步驟三所述超快激光器的重復頻率為10kHz-200kHz,所述脈寬為30fs-10ps。
進一步優選地,所述超快激光器的脈寬為80fs-800fs。
更進一步優選地,所述超快激光器的波長為800nm,脈寬為90fs-550fs,所述單脈沖能量為30μJ-60μJ。
再進一步優選地,所述超快激光器的脈寬為90fs,所述激光掃描速度為30mm/s-50mm/s。
進一步優選地,所述超快激光器的脈寬為550fs,所述單脈沖能量為40μJ-60μJ,所述激光掃描速度為30mm/s-50mm/s。
再進一步優選地,所述單脈沖能量為40μJ,所述超快激光器的重復頻率為 10kHz,所述激光掃描速度為44.2mm/s。
進一步地,上述技術方案中步驟一所述的拋光預處理采用功率為370W、研磨盤轉速為450轉/分、研磨盤直徑為230mm的金相試樣預磨機,拋光預處理過程需要輔助直徑為200mm、1000目的SiC水砂紙在所述鑄鐵表面進行拋光處理,拋光范圍是100cm2,拋光時間10分鐘。
進一步地,上述技術方案中步驟二所述超聲清洗儀的超聲頻率為40kHz,所述去離子水電阻率為18.25兆歐,所述去離子水應將鑄鐵樣品表面淹沒,在室溫下連續清洗30分鐘。
進一步地,上述技術方案步驟四中所述電熱干燥箱內的壓力為普通大氣壓,濕度為40%-60%RH,溫度為100℃-250℃,所述樣品烘烤的時間為2-8小時,所述電熱干燥箱內的溫度誤差為±1℃。
更進一步優選地,所述恒溫恒濕電熱干燥箱內的濕度為40%RH,溫度為100℃,烘烤的時間為8小時。
本發明還提供了由上述方法制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,所述表面具有納米級的凸起狀結構。
與現有技術相比,本發明方法具有以下優點:
(1)利用本發明方法制備得到的鑄鐵表面最大接觸角可達170.8°,最小滾動角為5.2°,因此具有非常好的超疏水性能。
(2)本發明的制備方法工藝簡單,操作方便,效率高,能耗少,成本低,完全克服了傳統使用化學試劑刻蝕鑄鐵表面或者在激光加工完成后仍需再采用低表面能物質進一步修飾表面的缺陷,綠色環保,不采用任何化學試劑涂層,且本發明方法的工藝參數容易控制,易于實現工業應用。
(3)采用本發明方法制備得到的超疏水鑄鐵金屬表面性能穩定,具備優異的耐腐蝕能性能,大大增加了鑄鐵的使用壽命。
附圖說明
圖1(a)、(b)分別為本發明實施例1制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角示意圖、滾動角示意圖;
圖2(c)、(d)分別為本發明實施例2制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角示意圖、滾動角示意圖;
圖3(e)、(f)分別為本發明實施例3制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角示意圖、滾動角示意圖;
圖4(g)、(h)分別為本發明實施例4制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角示意圖、滾動角示意圖;
圖5為本發明實施例1制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的橫截面輪廓圖;
圖6為本發明實施例2制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的橫截面輪廓圖;
圖7為本發明實施例3制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的橫截面輪廓圖;
圖8為本發明實施例4制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的橫截面輪廓圖。
具體實施方式
為了更好的理解本發明,以下結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步詳細介紹。
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明,均為常規方法。
本發明所述的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法法,參考自然界生物材料作為設計基礎,在鑄鐵表面上模仿自然界生物復合材料細微結構分布的結構特征,設計表面結構。
實施例1
本實施例的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,包括以下具體步驟:
步驟一,將鑄鐵拋光,選用功率為370W,研磨盤轉速為450轉/分,研磨盤直徑為230mm的金相試樣預磨機,拋光過程需要輔助直徑為200mm、1000目的SiC水砂紙在所述鑄鐵表面進行拋光處理,拋光范圍為100cm2,拋光時間10分鐘,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品用超聲波清洗儀清洗,超聲波清洗儀超聲波頻率為40kHz,用電阻率為18.25兆歐的去離子水淹沒樣品表面,在室溫下,連續清洗30分鐘,然后利用無水乙醇清洗,室溫自然晾干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,采用超快激光器,激光器波長為800nm,對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光掃描加工,在樣品表面加工出無數的微結構;所述激光器脈寬為90fs,單脈沖能量為60μJ,重復頻率為10kHz,所述激光掃描利用X-Y 掃描振鏡系統,使激光束以44.2mm/s的速度逐行逐列燒蝕所述鑄鐵樣品表面;所述振鏡系統由X-Y光學掃描頭、電子驅動放大器、光學反射鏡片和場鏡組成,所述振鏡系統的掃描范圍和速度、線掃描和面掃描路徑均由電腦進行控制和設定,所述電腦提供的信號通過驅動放大電路驅動光學掃描頭,從而在X-Y平面控制激光束的偏轉,樣品相對于激光光束沿x方向移動,通過控制移動速度和激光脈沖重復頻率,使其脈沖重合度達到1%-99%,完成移動后,再沿y方向單步步進,通過控制步進距離,使其光束重合度在y方向達到1%-99%,工作臺反轉,所述樣品加工范圍為126mm x 126mm;
步驟四,樣品經過步驟三激光加工后,將經過加工后的樣品放入電熱干燥箱里烘烤,在氣壓為普通大氣壓下,濕度為44%RH,溫度為100℃條件下恒溫烘烤6小時,得到所述的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面。
采用電阻率為18.25兆歐的去離子水,利用光學接觸角表面界面張力測量儀測試所述得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角、滾動角,在進行接觸角、滾動角測量時,采用接取法測量,在加液針頭下形成所需體積的懸掛液滴,調節樣品平臺的Z軸使樣品表面上升,當樣品表面與加液針頭下懸掛的液滴底部接觸時,液滴就從加液針頭轉移到樣品表面,然后再通過調節樣品臺Z軸使樣品表面下降到原來的位置進行測量,由于制備得到的鑄鐵表面超疏水性能優異,3-8微升的水滴無法附著,所以水滴體積為9微升,測試溫度為25.5℃,濕度為19.5%RH。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,其微觀形貌照片如圖5所示,其表面呈現納米級的凸起狀結構。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角示意圖如圖1(a)所示,滾動角示意圖如圖1(b)所示。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角為162.0°,滾動角為6.6°,測試結果見表1。
采用電阻率為18.25兆歐的去離子水配制質量濃度為5%的NaCl水溶液,然后在室溫下將未經處理的普通鑄鐵完全浸泡在上述NaCl水溶液中6小時,分別稱量鑄鐵在腐蝕前后的質量,采用單位時間內單位面積上材料損失的重量計算所述表面的腐蝕率,測試所述表面的耐腐蝕性能,其中: 室溫為25℃,所述表面經腐蝕后需用去離子水在超聲波清洗儀中清洗干凈,待水分完全蒸發后再測其質量。經計算,普通鑄鐵的腐蝕率為13.972×10-3mm/a。
采用上述相同的測試方法將整個表面均經過本實施例方法處理后得到的鑄鐵完全浸泡在上述NaCl水溶液中6小時,測得本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的的腐蝕率為2.383×10-3mm/a mm/a,測試結果見表1,測試結果表明本實施例制備得到的鑄鐵表面相比于普通鑄鐵表面具有優異的耐腐蝕性能。
實施例2
本實施例的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,包括以下具體步驟:
步驟一,將鑄鐵拋光,選用功率為370W,研磨盤轉速為450轉/分,研磨盤直徑為230mm的金相試樣預磨機,拋光過程需要輔助直徑為200mm、1000目的SiC水砂紙在所述鑄鐵表面進行拋光處理,拋光范圍為100cm2,拋光時間10分鐘,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品用超聲波清洗儀清洗,超聲波清洗儀超聲波頻率為40kHz,用電阻率為18.25兆歐的去離子水淹沒樣品表面,在室溫下,連續清洗30分鐘,然后利用無水乙醇清洗,清洗干凈后,用冷風吹干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,采用超快激光器,激光器波長為800nm,對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光掃描加工,在樣品表面加工出無數的微結構,所述激光器脈寬為90fs,單脈沖能量為30μJ,重復頻率為10kHz,所述激光掃描配合運動工作平臺,將步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品固定于運動工作平臺上,利用透鏡將激光光束聚焦在所述樣品上,使樣品的表面相對于所述超快激光器光束的聚焦刻蝕光斑沿x、y、z三維方向移動,速度為44.2mm/s,通過逐行逐列燒蝕所述鑄鐵樣品表面,實現微納結構的刻蝕;所述運動平臺單元為三維伺服精密移動平臺,所述平臺移動的范圍、速度、方向均由計算機控制,可沿X、Y、Z三維方向移動,樣品加工范圍為150mm x 150mm;
步驟四,樣品經過步驟三激光加工后,將經過加工后的樣品放入電熱 干燥箱里烘烤,在氣壓為普通大氣壓下,濕度為46%RH,溫度為250℃條件下恒溫烘烤2小時,得到所述的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面。
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件測試所述得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角、滾動角。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,其微觀形貌照片如圖6所示,其表面呈現納米級的凸起狀結構。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角示意圖如圖2(c)所示,滾動角示意圖如圖2(d)所示。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角為159.3°,滾動角為5.2°,測試結果見表1。
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件將整個表面均經過本實施例方法處理后得到的鑄鐵完全浸泡在上述NaCl水溶液中6小時,測得本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的腐蝕率為2.433×10-3mm/a,測試結果見表1。測試結果表明本實施例制備得到的鑄鐵表面相比于普通鑄鐵表面具有優異的耐腐蝕性能。
實施例3
本實施例的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,包括以下具體步驟:
步驟一,將鑄鐵拋光,選用功率為370W,研磨盤轉速為450轉/分,研磨盤直徑為230mm的金相試樣預磨機,拋光過程需要輔助直徑為200mm、1000目的SiC水砂紙在所述鑄鐵表面進行拋光處理,拋光范圍為100cm2,拋光時間10分鐘,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品用超聲波清洗儀清洗,超聲波清洗儀超聲波頻率為40kHz,用電阻率為18.25兆歐的去離子水淹沒樣品表面,在室溫下,連續清洗30分鐘,然后利用無水乙醇清洗,清洗干凈后,室溫自然晾干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,采用超快激光器,激光器波長為800nm,對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光掃描加工,在樣品表面加工出無數的微結構,所述激光器的脈寬為550fs,單脈沖能量為60μJ,重復頻率為10kHz,所 述激光掃描利用X-Y掃描振鏡系統,使激光束以44.2mm/s的速度逐行逐列燒蝕所述鑄鐵樣品表面;所述振鏡系統由X-Y光學掃描頭、電子驅動放大器、光學反射鏡片和場鏡組成,所述振鏡系統的掃描范圍和速度、線掃描和面掃描路徑均由電腦進行控制和設定,所述電腦提供的信號通過驅動放大電路驅動光學掃描頭,從而在X-Y平面控制激光束的偏轉,樣品相對于激光光束沿x方向移動,通過控制移動速度和激光脈沖重復頻率,使其脈沖重合度達到1%-99%,完成移動后,再沿y方向單步步進,通過控制步進距離,使其光束重合度在y方向達到1%-99%,工作臺反轉,所述樣品加工范圍為126mm x 126mm;
步驟四,樣品經過步驟三激光加工后,將經過加工后的樣品放入電熱干燥箱里烘烤,在氣壓為普通大氣壓下,濕度為60%RH,溫度為200℃條件下恒溫烘烤4小時,得到所述的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面。
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件測試所述得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角、滾動角。
本實施例制備得到的鑄鐵表面,其微觀形貌照片如圖7所示,其表面呈現納米級的凸起狀結構。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角示意圖如圖3(e)所示,滾動角示意圖如圖3(f)所示。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角為157.6°,滾動角為6.9°,測試結果見表1。
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件將整個表面均經過本實施例方法處理后得到的鑄鐵完全浸泡在上述NaCl水溶液中6小時,測得本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的腐蝕率為1.85×10-3mm/a,測試結果見表1。測試結果表明本實施例制備得到的鑄鐵表面相比于普通鑄鐵表面具有優異的耐腐蝕性能。
實施例4
本實施例的一種利用超快激光制備鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的方法,包括以下具體步驟:
步驟一,將待處理的鑄鐵拋光,拋光選用功率為370W,研磨盤轉速 為450轉/分,研磨盤直徑為230mm的金相試樣預磨機,拋光過程需要輔助直徑為200mm、1000目的SiC水砂紙在所述鑄鐵表面進行拋光處理,拋光范圍為100cm2,拋光時間10分鐘,得到表面拋光后的鑄鐵樣品;
步驟二,將步驟一所述表面拋光后的鑄鐵樣品用超聲波清洗儀清洗,超聲波清洗儀超聲波頻率為40kHz,用電阻率為18.25兆歐的去離子水淹沒樣品表面,在室溫下,連續清洗30分鐘,然后利用無水乙醇清洗,清洗干凈后,室溫自然晾干,得到潔凈的鑄鐵樣品;
步驟三,采用飛秒激光器,激光器波長為800nm,對步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品表面進行激光加工,在樣品表面加工出無數的微結構,所述激光器的脈寬為550fs,單脈沖能量為40μJ,重復頻率為10kHz,所述激光掃描配合運動工作平臺,將步驟二所述得到的潔凈鑄鐵樣品固定于運動工作平臺上,利用透鏡將激光光束聚焦在所述樣品上,使樣品的表面相對于所述超快激光器光束的聚焦刻蝕光斑沿x、y、z三維方向移動,速度為44.2mm/s,通過逐行逐列燒蝕所述鑄鐵樣品表面,實現微納結構的刻蝕;所述運動平臺單元為三維伺服精密移動平臺,所述平臺移動的范圍、速度、方向均由計算機控制,可沿X、Y、Z三維方向移動,樣品加工范圍為150mm x 150mm;
步驟四,樣品經過步驟三激光加工后,將經過加工后的樣品放入電熱干燥箱里烘烤,在氣壓為普通大氣壓下,濕度為40%RH,溫度為100℃條件下恒溫烘烤8小時,得到所述的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面。
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件測試所述得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的接觸角、滾動角。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面,其微觀形貌照片如圖8所示,其表面呈現納米級的凸起狀結構。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角示意圖如圖4(g)所示,滾動角示意圖如圖4(h)所示。
本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面與水的接觸角為170.8°,滾動角為10°,
采用上述實施例1相同的測試方法和測試條件將整個表面均經過本實 施例方法處理后得到的鑄鐵完全浸泡在上述NaCl水溶液中6小時,測得本實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面的腐蝕率為1.883×10-3mm/amm/a,測試結果見表1。測試結果表明本實施例制備得到的鑄鐵表面相比于普通鑄鐵表面具有優異的耐腐蝕性能。
表1為本發明各實施例制備得到的鑄鐵超疏水耐腐蝕表面接觸角、滾動角的測試結果。
表1
實施例接觸角/°滾動角/°腐蝕率/mm﹒a-1實施例1162.06.62.383×10-3實施例2159.35.22.433×10-3實施例3157.66.91.85×10-3實施例4170.8101.883×10-3
本發明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發明所做的舉例,而并非是對本發明的實施方式的限定。凡是在本發明精神和原則內所作的任何修改,等同替換和改進等,均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。

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