纳秒激光构建铝合金表面超疏水微纳结构研究

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本文基于铝合金各领域广泛应用中的防腐要求,提出了一种阳极氧化铝膜层激光重熔技术构建超疏水微纳结构的高效实用新方法。在铝合金阳极氧化的多孔阻挡型膜层表面,使用纳秒脉冲激光重熔整个表面构建密集分布的微纳结构。本文以6061铝合金作为研究对象,研究了不同激光重熔参数对微纳结构形貌的影响规律以及全氟硅烷化学改性的超疏水表面润湿性、耐蚀性和自清洁性能效果。获得如下主要成果:(1)激光重熔参数对微纳结构的构建有着显著影响。光斑搭接率大于99%,阳极氧化铝膜层表面形成密集的微纳团簇结构,彼此间会形成气穴。且此微纳团簇结构会随着激光脉宽的增加而逐渐消失,变为规律排列的熔凝波纹结构。激光功率和扫描速度对构建表面微纳结构存在一定的联系,当激光功率低于5 W时,膜层表面吸收激光能量发生熔融、蒸发气化和气泡爆炸后冷凝形成分布密集的微纳结构。且扫描速度10 mm/s时重熔微纳结构表面会随机出现凹坑。当激光功率高于5 W时,膜层表面吸收激光能量后熔融、蒸发气化和爆炸的同时也会产生等离子体,等离子体喷射冲击力使重熔表面形成孔洞。且扫描速度10 mm/s时,重熔微纳结构表面出现断续孔洞。随着扫描速度的增加,重熔微纳结构表面出现的孔洞规律排列。阳极氧化铝膜多孔结构使得激光能量在深度方向传递优于径向,因此线间距是影响重熔表面完整性的重要因素。(2)激光重熔在阳极氧化铝膜表面构建的微纳结构,经过全氟硅烷化学改性后,在其表面结合了—CF3,—CF2—基团膜层,表面润湿性由超亲水变为超疏水,接触角均大于153°,最大值可达157.03°。表面的滚动角极低,因此超疏水表面具备自清洁性能,不受高吸附性碳粉、碳素墨水及泥沙悬浮液等污染物的污染。电化学腐蚀表明,超疏水表面具有良好的耐蚀性,表面缓蚀率大于92.68%。
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