激光微加工Ti、Ti6Al4V表面潤(rùn)濕性研究.pdf

1、近些年來(lái)，人們隨著對(duì)自然界生物表面特性的研究，從中得到了很大的啟發(fā)，根據(jù)荷葉效應(yīng)人們發(fā)現(xiàn)疏水材料表面在自清潔、流體運(yùn)輸、防腐降阻等方面有非常好的潛在優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)于超疏水材料的制備已經(jīng)成了人們近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。根據(jù)潤(rùn)濕性理論可知材料表面的疏水性與表面能和微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)，為了獲得疏水表面，降低表面能或者構(gòu)造表面微結(jié)構(gòu)成了最直接的方法。相比之下在材料表面加工微結(jié)構(gòu)已成為制備疏水材料的有效途徑。隨著激光加工方法的日益完善和成熟，相比于其他微結(jié)構(gòu)制

2、備技術(shù)來(lái)說(shuō)，超快激光加工技術(shù)以其非接觸的加工方式、機(jī)械變形小、加工精度高、加工材料范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)已成為微結(jié)構(gòu)加工中極具優(yōu)勢(shì)的加工技術(shù)。
　　本文在闡述了固體表面潤(rùn)濕性理論之后，根據(jù)潤(rùn)濕性經(jīng)典模型對(duì)三種特殊微結(jié)構(gòu)紋理進(jìn)行建模并且推導(dǎo)了接觸角的理論計(jì)算公式;緊接著根據(jù)所建模型使用納秒激光在金屬Ti和Ti6Al4V兩種材料表面構(gòu)造了不同類型的紋理結(jié)構(gòu)，并且針對(duì)每種紋理結(jié)構(gòu)相鄰兩特征結(jié)構(gòu)單元之間距離的改變進(jìn)行了加工。通過(guò)對(duì)每種類型微結(jié)構(gòu)

3、的形貌表征、接觸角測(cè)量和化學(xué)成分分析證實(shí)了:利用激光加工方法能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行高效、高精度加工，獲得理想的表面微結(jié)構(gòu);Ti經(jīng)激光加工后接觸角的最大值為157.2°，表面達(dá)到了超疏水性，而Ti6Al4V在激光加工后表面接觸角最大可達(dá)137°呈疏水性;激光加工后表面微結(jié)構(gòu)不再改變，因此微結(jié)構(gòu)的改變對(duì)表面潤(rùn)濕性的影響僅存在于激光加工的瞬間，而通過(guò)對(duì)化學(xué)成分的分析發(fā)現(xiàn)材料表面化學(xué)成分卻隨時(shí)間不斷變化，因此激光加工后的一段時(shí)間內(nèi)接觸角隨時(shí)間變化是由表

4、面化學(xué)成分變化引起的?？偟膩?lái)說(shuō)，激光加工表面微結(jié)構(gòu)使材料表面潤(rùn)濕性由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷允潜砻嫖⒔Y(jié)構(gòu)和化學(xué)成分共同決定的。
　　為了更加深入的研究材料表面疏水性的影響因素，首先對(duì)激光加工后的疏水材料進(jìn)行300℃，1h的低溫退火，發(fā)現(xiàn)退火會(huì)使得疏水表面暫時(shí)變得親水，一定時(shí)間后又恢復(fù)了原來(lái)的疏水性;此外還研究了激光加工參數(shù)對(duì)疏水性的影響:通過(guò)改變激光能量和掃描速度發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)激光能量越大，掃描速度越小獲得的表面疏水性越好，因此在激光