辅助气氛对激光加工铝板表面浸润性影响研究

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超疏水材料表面具有防雾、自清洁、抗腐蚀、抗结冰、抗微生物附着和减阻等优良性能,可广泛应用于印刷、建筑、医疗、国防工业、石油等行业,然而快速制备超疏水表面仍存在问题。本文运用纳秒激光加工铝板制备超疏水表面,研究不同气氛下纳秒激光加工铝板表面浸润性机制,具体内容如下:第一,研究了纳秒激光在空气中加工铝板表面时不同能量密度、时效温度以及时效时间对其浸润性的影响规律,结果表明:当能量密度为6-24.5J/cm2时,随着能量密度的增加铝板表面粗糙度增大,能量密度为24.5J/cm2时铝板表面粗糙度最大达8.28μm;随着能量密度的增加,铝板表面接触角减小。当时效温度为50-150℃时,随着时效温度的增加铝板表面粗糙度变化不大,铝板表面接触角增加。在相同激光能量密度及时效温度下,随着时效时间的增加,铝板表面粗糙度变化不大,铝板表面接触角增大。第二,研究了纳秒激光在辅助气氛(氦气、氧气、氩气、二氧化碳)下加工铝板表面时不同时效时间对其浸润性的影响规律,结果表明:当激光能量密度为10.2J/cm2,时效温度为100℃时,随着时效时间的增加铝板表面粗糙度和接触角均增大。不同辅助气氛下对铝板表面粗糙的变化规律为:Ra(He)Air)O2)2)。通过元素分析法对辅助气氛下激光加工铝板表面微观组织结构进行分析,结果表明:在恒温时效处理后,铝板表面碳含量变化规律为C(He)Air)O2)Ar)CO2)。时效处理可以加速其表面有机物的吸附,导致其表面浸润性快速地完成由亲水到超疏水状态的转变。不同辅助气氛下激光激光加工后的微纳结构(纳米级絮状结构)会影响铝板表面对有机物的吸附,其中CO2气氛下的铝板面吸附的有机物最多,达到超疏水所需要的恒温时效时间最短(10h以内)。
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