CN115198258A - 一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，涉及材料表面加工技术领域，包括如下步骤：S1；对金属材料表面依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗，最后将金属材料放置于空气中自然晾干备用；S2；对S1中晾干后的金属材料进行纳秒激光加工，选择合适的加工路径，并设定适合的纳秒激光加工参数，在金属材料表面获得微纳结构；S3；将S2中加工后的样品置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5‑10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干；本方法通过超声氟化处理，能快速实现金属的低表面能修饰，从而高效率的实现金属表面超疏水，以达到改善材料表面功能性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面加工技术领域，具体为一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法。
背景技术
金属材料表面实现超疏水功能性对于提高金属表面耐腐蚀性、自清洁性以及防冰防雾等功能特性具有重要的意义。实现金属表面超疏水功能性一般分为两步，其一是微纳结构的制造，以提高金属表面粗糙度。其次是低表面能物质的修饰，降低金属的表面能。其中微纳结构的制造往往采用激光加工，酸蚀碱蚀，静电纺丝以及化学刻蚀等手段，其中激光加工以其高重复性、加工效率高无污染等特点被广泛应用于金属表面的微纳结构制造，尤其是纳秒激光由于成本低、长期稳定、维护简单、加工过程中耐久性高等优点被广泛应用。而对于低表面能物质修饰而言，常用的方式主要有低温热处理，C离子注入以及氟化处理等方式，然而低表面能处理的手段往往需要较长时间，如低温热处理需要1-2小时；C离子注入后，久置于空气中需要10小时以上；单一的氟化处理需要24小时以上，即使加入电磁搅拌氟化处理也需要2小时以上。因此，选用纳秒激光加工对金属表面进行微纳结构的制造，并寻求一种高效的低表面能修饰手段，实现金属表面超疏水功能性具有十分重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，以超短的时间实现金属表面的低表面能修饰，在保证制备方式简单的同时，实现超短时间内金属表面超疏水特性；创新地提出了一种新的低表面能修饰手段——超声氟化处理，其主体思路为：在NiTi合金、铝合金、钛合金、钢表面通过纳秒激光加工构建微纳结构后，通过超声氟化处理进行低表面能修饰，最后通过接触角测量润湿性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1；对金属材料表面依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗，最后将金属材料放置于空气中自然晾干备用；
S2；对S1中晾干后的金属材料进行纳秒激光加工，选择合适的加工路径，并设定适合的纳秒激光加工参数，在金属材料表面获得微纳结构；加工路径可以为网格状、沟槽状或者蜂窝状等任意能形成微纳分级结构的加工路径即可；
S3；将S2中加工后的样品置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干。
更进一步而言，所述S1中的金属材料可以是NiTi合金、铝合金、Ti6Al4V合金或者钢等。
更进一步而言，所述S2中设定的纳秒激光加工参数为：功率为10-14W，扫描速度为500-900mm/s，扫描间距为40-100μm，扫描次数3-5次。
更进一步而言，所述S2中的微纳结构加工路径为网格状。
更进一步而言，所述S2中的微纳结构为仿荷叶的乳突结构。
更进一步而言，所述S3中的氟化处理液为将1 wt%全氟三甲氧基硅烷溶于乙醇溶液中获得。
本发明的优点在于：
本发明开拓性地提出了一种新的表面修饰手段，相对于原始的手段，本方法通过超声氟化处理，能快速实现金属的低表面能修饰，从而高效率的实现金属表面超疏水，以达到改善材料表面功能性的目的。
该方法可以广泛应用于各类金属材料表面，使金属材料表面实现高耐久性超疏水表面，有助于提高金属表面耐腐蚀性、自清洁性以及防冰防雾等功能性。
该方法可以极大地提高金属低表面能改性效率，有望快速实现金属表面超疏水，在实际生产中大幅度提高生产效率。
该方法可重复性大，稳定性极佳。
附图说明
图1为金属样品表面纳秒激光加工网格状路径示意图。
图2不同金属表面纳秒激光加工后的扫描电镜图。
图3不同金属表面超声氟化处理后的接触角测量图。
具体实施方式
实施例1：NiTi合金块体
参阅附图所示，一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1；取5mm厚度的NiTi合金块体，依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，之后在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗干净，最后将NiTi合金块体放置于空气中自然晾干备用，其中超声清洗时间为0.5h，超声频率为40kHZ，输入功率100W；
S2；将S1中的NiTi合金块体置于纳秒激光加工系统中，在NiTi合金块体表面构建仿荷叶的乳突结构状微纳结构，加工路径为网格状，纳秒激光加工的激光功率为10W，扫描速度500mm/s，扫描间距40μm，扫描次数5次；
S3；将S2中制备的NiTi合金块体从工作台取下，置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干；
S4；选用接触角测量仪测量步骤S3中的NiTi合金块体，水滴大小为6μL，接触角为157.4°。
实施例2：Ti6Al4V合金块体
参阅附图所示，一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1；取5mm厚度的Ti6Al4V合金块体，依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，之后在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗干净，最后将Ti6Al4V合金块体放置于空气中自然晾干备用，其中超声清洗时间为0.5h，超声频率为40kHZ，输入功率100W；
S2；将S1中的Ti6Al4V合金块体置于纳秒激光加工系统中，在Ti6Al4V合金块体表面构建仿荷叶的乳突结构状微纳结构，加工路径为网格状，纳秒激光加工的激光功率为10W，扫描速度500mm/s，扫描间距40μm，扫描次数5次；
S3；将S2中制备的Ti6Al4V合金块体从工作台取下，置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干；
S4；选用接触角测量仪测量步骤S3中的Ti6Al4V合金块体，水滴大小为6μL，接触角为153.9°。
实施例3：铝合金块体
参阅附图所示，一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1；取5mm厚度的铝合金块体，依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，之后在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗干净，最后将铝合金块体放置于空气中自然晾干备用，其中超声清洗时间为0.5h，超声频率为40kHZ，输入功率100W；
S2；将S1中的铝合金块体置于纳秒激光加工系统中，在铝合金块体表面构建仿荷叶的乳突结构状微纳结构，加工路径为网格状，纳秒激光加工的激光功率为10W，扫描速度500mm/s，扫描间距40μm，扫描次数5次；
S3；将S2中制备的铝合金块体从工作台取下，置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干；
S4；选用接触角测量仪测量步骤S3中的铝合金块体，水滴大小为6μL，接触角为151.9°。
实施例4：钢块体
参阅附图所示，一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1；取5mm厚度的钢块体，依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，之后在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗干净，最后将钢块体放置于空气中自然晾干备用，其中超声清洗时间为0.5h，超声频率为40kHZ，输入功率100W；
S2；将S1中的钢块体置于纳秒激光加工系统中，在钢块体表面构建仿荷叶的乳突结构状微纳结构，加工路径为网格状，纳秒激光加工的激光功率为10W，扫描速度500mm/s，扫描间距40μm，扫描次数5次；
S3；将S2中制备的钢块体从工作台取下，置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干；
S4；选用接触角测量仪测量步骤S3中的钢块体，水滴大小为6μL，接触角为151.9°。
Claims (6)
1.一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.对金属材料表面依次进行打磨抛光去除表面氧化皮，在乙醇溶液中进行超声清洗，清洗后使用去离子水冲洗，最后将金属材料放置于空气中自然晾干备用；
S2.对S1中晾干后的金属材料进行纳秒激光加工，选择合适的加工路径，并设定适合的纳秒激光加工参数，在金属材料表面获得微纳结构；
S3.将S2中加工后的样品置于氟化处理液中，进行超声氟化处理5-10分钟，氟化处理后取出置于空气中晾干。
2.根据权利要求1所述的一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：所述S1中的金属材料为NiTi合金、铝合金、Ti6Al4V合金或者钢中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：所述S2中设定的纳秒激光加工参数为：功率为10-14W，扫描速度为500-900mm/s，扫描间距为40-100μm，扫描次数3-5次。
4.根据权利要求1所述的一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：所述S2中的微纳结构加工路径为网格状。
5.根据权利要求1所述的一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：所述S2中的微纳结构为仿荷叶的乳突结构。
6.根据权利要求1所述的一种低表面能修饰方式实现金属表面超疏水的方法，其特征在于：所述S3中的氟化处理液为将1 wt%全氟三甲氧基硅烷溶于乙醇溶液中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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