激光微加工Ti、Ti6Al4V表面潤濕性研究.pdf

1、近些年來，人們隨著對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)荷葉效應人們發(fā)現(xiàn)疏水材料表面在自清潔、流體運輸、防腐降阻等方面有非常好的潛在優(yōu)勢，因此對于超疏水材料的制備已經(jīng)成了人們近年來的研究熱點。根據(jù)潤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，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、備技術來說，超快激光加工技術以其非接觸的加工方式、機械變形小、加工精度高、加工材料范圍廣等諸多優(yōu)點已成為微結(jié)構(gòu)加工中極具優(yōu)勢的加工技術。
　　本文在闡述了固體表面潤濕性理論之后，根據(jù)潤濕性經(jīng)典模型對三種特殊微結(jié)構(gòu)紋理進行建模并且推導了接觸角的理論計算公式;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行了加工。通過對每種類型微結(jié)構(gòu)

3、的形貌表征、接觸角測量和化學成分分析證實了:利用激光加工方法能夠?qū)Σ牧线M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°，表面達到了超疏水性，而Ti6Al4V在激光加工后表面接觸角最大可達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)的改變對表面潤濕性的影響僅存在于激光加工的瞬間，而通過對化學成分的分析發(fā)現(xiàn)材料表面化學成分卻隨時間不斷變化，因此激光加工后的一段時間內(nèi)接觸角隨時間變化是由表

4、面化學成分變化引起的。總的來說，激光加工表面微結(jié)構(gòu)使材料表面潤濕性由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷允潜砻嫖⒔Y(jié)構(gòu)和化學成分共同決定的。
　　為了更加深入的研究材料表面疏水性的影響因素，首先對激光加工后的疏水材料進行300℃，1h的低溫退火，發(fā)現(xiàn)退火會使得疏水表面暫時變得親水，一定時間后又恢復了原來的疏水性;此外還研究了激光加工參數(shù)對疏水性的影響:通過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