本文關(guān)鍵詞： 飛秒激光 表面形貌 條紋結(jié)構(gòu) 駝峰結(jié)構(gòu)　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超疏水表面是指與水接觸角大于150°且滾動角小于10°的表面,而形成超疏水表面主要因素是微結(jié)構(gòu)和低表面能,其中微結(jié)構(gòu)由于具有特定的物理或化學(xué)性能起到至關(guān)重要的作用,基于相關(guān)研究結(jié)果,在材料表面構(gòu)造微納結(jié)構(gòu)對提升疏水性極具重要意義。Ti6A14V合金和復(fù)合材料具有強度大、熱性能好等優(yōu)點,在航空、航天以及其他等相關(guān)領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用,然而,大多數(shù)鈦合金和復(fù)合材料表面都不具有自清潔性(疏水性能)。因此,制備出疏水鈦合金表面和復(fù)合材料表面,對拓展鈦合金和復(fù)合材料在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用以及滿足特殊應(yīng)用需求具有重要意義。目前,超快激光技術(shù),特別是飛秒激光微納加工技術(shù),具有超快時間分辨、超高峰值功率密度和超高聚焦能力三大特點,突破了材料和尺寸的限制,在制備微納結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用前景廣泛,有望成為解決制備鈦合金和復(fù)合材料表面微結(jié)構(gòu)的有效方式。針對以上需求及背景,本文采用飛秒激光微納加工技術(shù)對鈦合金和復(fù)合材料表面進行激光誘導(dǎo)、直寫及低表面能修飾等加工處理,重點研究了飛秒激光參數(shù)對鈦合金和復(fù)合材料表面微納結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律的影響,系統(tǒng)表征了不同能量密度和脈沖個數(shù)等參數(shù)下的表面形貌,詳細測試并分析了鈦合金和復(fù)合材料的潤濕性能,主要結(jié)論如下:(1)隨著飛秒激光能量密度和脈沖個數(shù)變化,鈦合金表面所產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)總是經(jīng)歷著四個階段,包括無激光誘導(dǎo)周期表面結(jié)構(gòu)階段、經(jīng)典條紋結(jié)構(gòu)階段、經(jīng)典與非經(jīng)典條紋共存階段、帶有經(jīng)典條紋結(jié)構(gòu)的微駝峰結(jié)構(gòu)階段。(2)飛秒激光加工復(fù)合材料均可以在其表面制成了較為規(guī)整的菱柱或正方體陣列,菱柱邊長為30μm～230μm不等,且每種角度(30°、60°、90° )參數(shù)下所加工得到菱柱的大小及其形狀基本一致,但菱柱的形貌則會因能量密度、掃描間距和掃描次數(shù)的不同而有所變化。(3)研究表明,飛秒激光加工所得到的具有微納米結(jié)構(gòu)鈦合金表面和與疏水涂層相結(jié)合的具有微米級菱柱的復(fù)合材料表面均獲得了疏水性能,分別在能量密度為0.74J/cm2、脈沖個數(shù)為256、掃描間距為30μm以及能量密度為0.37J/cm2、脈沖個數(shù)為328、掃描間距為80μm所加工鈦合金和復(fù)合材料表面接觸角最大,分別為 148.55° 和 148.7°。(4)疏水涂層性能檢測的研究結(jié)果表明,低表面能涂層具有較強的結(jié)合力,當其與微納結(jié)構(gòu)表面作用時可以很好地降低冰的附著力,而且其具有較好的耐煤油、耐水及耐熱沖擊等能力。
[Abstract]:Superhydrophobic surface is a surface with a contact angle of more than 150 擄and a rolling angle of less than 10 擄. The main factors of forming superhydrophobic surface are microstructure and low surface energy. Microstructures play an important role because of their specific physical or chemical properties, based on the relevant research results. It is very important to construct micro-nano structure on the surface of materials. Ti6A14V alloy and composites have the advantages of high strength and good thermal properties in aeronautical. Aerospace and other related areas have very important applications, however, most titanium alloys and composite surfaces do not have self-cleaning (hydrophobicity). The preparation of hydrophobic titanium alloy surface and composite surface is of great significance to expand the application of titanium alloy and composite materials in these fields and to meet the special application needs. At present, ultra-fast laser technology is very important. Especially the femtosecond laser micro-nano processing technology has three characteristics: ultra-fast time resolution, ultra-high peak power density and ultra-high focusing ability, breaking through the limitation of material and size. It is expected to be an effective way to prepare titanium alloy and composite surface microstructure. In this paper, femtosecond laser micromachining was used to process titanium alloy and composite surface, such as laser induced, direct writing and low surface energy modification. The effects of femtosecond laser parameters on the surface microstructures of titanium alloys and composites were studied. The surface morphology of titanium alloys and composites was systematically characterized under different parameters such as energy density and number of pulses. The wettability of titanium alloy and composite is measured and analyzed in detail. The main conclusions are as follows: 1) the energy density and pulse number of femtosecond laser changes. The microstructure of titanium alloy surface always goes through four stages, including the phase of laser-free periodic surface structure, the phase of classical stripe structure, and the phase of coexistence of classical and non-classical fringes. Femtosecond laser machining composites with classic stripe structure of micro-hump can be fabricated into regular rhombohedral or square arrays on their surfaces. The side length of the rhombohedral column varies from 30 渭 m to 230 渭 m, and the size and shape of the rhombohedral column are basically the same under the parameters of each angle of 30 擄~ 60 擄~ (90 擄). However, the morphology of the rhombohedral column varies with the energy density, scanning distance and scanning times. The hydrophobic properties of the microstructured titanium alloy and the composite surface with micron rhombohedral column were obtained by femtosecond laser processing. When the energy density is 0.74 J / cm ~ 2, the number of pulses is 256, the scanning distance is 30 渭 m, and the energy density is 0.37 J / cm ~ 2, the number of pulses is 328. The surface contact angle of titanium alloy and composite material with scanning distance of 80 渭 m is the largest, which is 148.55 擄and 148.7 擄. The low surface energy coating has strong adhesion, when it acts with the surface of micro-nano structure, it can reduce the adhesion of ice, and it has better resistance to kerosene, water and heat shock and so on.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN249

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郭真萍;王力農(nóng);方雅琪;邵建偉;馬亞運;王軍華;;利用疏水涂層提高復(fù)合材料桿塔防污性能的研究[J];絕緣材料;2016年01期

2 龍江游;吳穎超;龔鼎為;范培迅;江大發(fā);張紅軍;鐘敏霖;;飛秒激光制備超疏水銅表面及其抗結(jié)冰性能[J];中國激光;2015年07期

3 金和喜;魏克湘;李建明;周建宇;彭文靜;;航空用鈦合金研究進展[J];中國有色金屬學(xué)報;2015年02期

4 張偉;張曉兵;馮強;;飛秒激光誘導(dǎo)鎳基合金表面形成的非經(jīng)典條紋結(jié)構(gòu)[J];應(yīng)用激光;2014年06期

5 朱知壽;;我國航空用鈦合金技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];航空材料學(xué)報;2014年04期

6 蔣海平;彭如恕;毛杰勇;尹泉;;樹脂基復(fù)合材料耐腐蝕性能的研究進展[J];機械研究與應(yīng)用;2014年02期

7 白\(;劉月平;;航空發(fā)動機進氣系統(tǒng)結(jié)冰適航性條款研究[J];燃氣渦輪試驗與研究;2013年05期

8 王瑞;周延民;;飛秒激光改變鈦合金表面形貌對生物相容性的影響[J];口腔醫(yī)學(xué)研究;2013年06期

9 王東;賀軍輝;劉紅纓;;噴涂法制備功能性超疏水復(fù)合涂層及其性能研究[J];影像科學(xué)與光化學(xué);2012年05期

10 辛菲;安傳濤;許國志;孔衛(wèi)龍;;多壁碳納米管超疏水涂層的制備和性能[J];化工新型材料;2012年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 彭珊;超疏水/超雙疏材料的制備及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 李坤泉;超疏水表面的構(gòu)造和有機/無機雜化超疏水涂層的制備與性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 孟可可;仿生超疏水金屬表面的制備與性能研究[D];吉林大學(xué);2014年

4 王曉俊;蛾翅膀表面疏水性能研究及仿生材料的制備[D];吉林大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 施海霞;飛秒激光制備鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)的演變機制及其性能研究[D];太原理工大學(xué);2016年

2 黎穎奇;443鐵素體不銹鋼表面飛秒激光微/納米結(jié)構(gòu)化的研究[D];太原理工大學(xué);2015年

3 汪雪梅;鎳基復(fù)合電刷鍍超疏水表面的制備及性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

4 常春暉;超疏水船用鋼板表面制備及其抗海洋生物附著性能研究[D];大連海事大學(xué);2014年

5 婁俊;超疏水金屬表面的制備技術(shù)及潤濕機理分析[D];長春理工大學(xué);2014年

6 趙帥;基于仿生微結(jié)構(gòu)的疏水/疏油表面的研究與制備[D];吉林大學(xué);2013年

7 張紅霞;鋁基超疏水表面的制備及性能研究[D];蘭州交通大學(xué);2013年

8 張兆國;純鈦基體親/疏水性表面的制備與調(diào)控研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

9 禹迅;風(fēng)力發(fā)電機葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)研究開發(fā)[D];華中科技大學(xué);2013年

10 劉海華;表面多尺度微納結(jié)構(gòu)對超疏水特性的影響[D];湘潭大學(xué);2011年

，

本文編號：1489733