本發(fā)明屬于固體材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改變浸漬石墨表面浸潤(rùn)性能的表面改性方法。

背景技術(shù)：

由于石墨材料本身具有的高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕、耐輻照等特點(diǎn)，石墨材料被廣泛應(yīng)用于密封、軸承等領(lǐng)域，作為一種典型的摩擦副材料。經(jīng)過(guò)酚醛樹(shù)脂浸漬的石墨的機(jī)械性能更優(yōu)，從而經(jīng)常被用于重載工況下的推力軸承中，與其它硬材料組成摩擦配副。

在機(jī)械密封、推力軸承中，摩擦副之間的摩擦磨損特性一定程度上決定了這些機(jī)械系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的使用壽命和維修周期。而材料的浸潤(rùn)性則很大程度上影響了摩擦配副的摩擦磨損特性，尤其在推力軸承中，通過(guò)控制表面浸潤(rùn)特性進(jìn)而可以控制界面滑移情況，從而使得推力軸承實(shí)現(xiàn)高承載能力、低摩擦扭矩。因此，在工業(yè)應(yīng)用中，浸漬石墨表面浸潤(rùn)性的可控對(duì)于控制摩擦副狀態(tài)，降低摩擦損耗，提高承載能力有著重要的實(shí)用價(jià)值。

目前授權(quán)、公開(kāi)的控制表面浸潤(rùn)性的專利中，從原理上可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)通過(guò)涂層等技術(shù)改變固體材料的表面分子結(jié)構(gòu)特性或表面能(CN 101219804A、CN 1669777A、CN 1916056A、CN 104419894A)，從而改變表面的浸潤(rùn)性，另一類(lèi)是通過(guò)機(jī)械處理、腐蝕等方法改變表面形貌、粗糙度(CN 105665940A、CN 1660924A)，改變固液界面的接觸面積來(lái)改變浸潤(rùn)性。然而現(xiàn)有方法中，涂層等技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度高、步驟復(fù)雜，改變表面形貌的方法只可改變浸潤(rùn)程度，不能改變浸潤(rùn)性質(zhì)(親水/疏水)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種改變浸漬石墨表面浸潤(rùn)性能的表面改性方法，簡(jiǎn)單有效、步驟簡(jiǎn)單，具有浸潤(rùn)可控性，基于激光打標(biāo)機(jī)，利用激光實(shí)現(xiàn)浸漬石墨表面的熱加工及表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，同時(shí)從表面形貌及分子特性角度改變表面浸潤(rùn)性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種改變浸漬石墨表面浸潤(rùn)性能的表面改性方法，包括：

步驟一、根據(jù)浸漬石墨形狀繪制相關(guān)激光打標(biāo)機(jī)圖案，確定表面改性范圍，使用圖案填充的方案進(jìn)行激光打標(biāo)；

步驟二、將待改性試件裝卡至激光操作臺(tái)上，并完成激光束對(duì)焦；

步驟三、設(shè)置激光打標(biāo)參數(shù)為Q頻為20kHz，空跳速度為2000mm/s，在500mm/s-2000mm/s范圍內(nèi)調(diào)整掃描速度，在5W-15W范圍內(nèi)調(diào)整激光功率；

步驟四、利用激光加工對(duì)表面形貌及表面特征的不同影響選擇不同的參數(shù)進(jìn)行加工，從而得到不同浸潤(rùn)性的表面。

利用激光照射浸漬石墨表面，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的掃描速度與激光功率，使得浸漬石墨表面的微觀形貌發(fā)生變化，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(拉曼光譜變化)，但是并沒(méi)有形成顯著的微織構(gòu)，沒(méi)有明顯的圖案陣列，最終導(dǎo)致了浸漬石墨表面浸潤(rùn)性的可控變化。

所述掃描速度500-2000mm/s，激光功率參數(shù)5-15W，掃描次數(shù)1次。

經(jīng)過(guò)激光處理后，浸漬石墨表面的接觸角可以在6.7°～135.8°之間任意控制。

所使用的激光波長(zhǎng)為1.06μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)只改變浸漬石墨的表面特征，而不會(huì)影響浸漬石墨的整體機(jī)械性能；

(2)通過(guò)不同激光處理參數(shù)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)6.7°～135.8°之間大范圍內(nèi)接觸角的任意調(diào)控，為復(fù)雜界面滑移的設(shè)計(jì)提供的基礎(chǔ)；

(3)表面改性方法簡(jiǎn)單易行、無(wú)需利用過(guò)多復(fù)雜設(shè)備，可進(jìn)行特定形狀中的局部表面改性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的初始表面接觸角測(cè)量結(jié)果。

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的親水處理表面接觸角測(cè)量結(jié)果。

圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的疏水處理表面接觸角測(cè)量結(jié)果。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中石墨表面的掃描電鏡對(duì)比圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中石墨材料的拉曼光譜對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

本實(shí)施例采用YAG-50型燈泵浦激光打標(biāo)(雕刻)機(jī)。主要性能指標(biāo)如下：激光波長(zhǎng)1.06μm，激光最大輸出功率50W，激光重復(fù)頻率20-80kHz，掃描線速度≤7000mm/s，重復(fù)精度0.003mm。

本實(shí)施例使用的固體試樣為FH82Z5型酚醛樹(shù)脂浸漬石墨制成的石墨環(huán)，試樣外徑58mm，內(nèi)徑42mm。

首先對(duì)工作平面進(jìn)行激光對(duì)焦調(diào)整，使得工作平面處于激光共焦面上，然后根據(jù)試樣形狀以及預(yù)期的改性區(qū)域繪制相關(guān)改性圖形，選擇合適的激光加工參數(shù)對(duì)石墨樣品進(jìn)行局部表面改性。

實(shí)施例1：

在激光改性前通過(guò)表面張力儀測(cè)定其表面接觸角為75.6°，如圖1中所示。設(shè)置激光掃描速度為2000mm/s，激光重復(fù)頻率為20kHz，激光功率為12.5W，掃描次數(shù)1，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行輻照后，利用表面張力儀測(cè)定表面接觸角變?yōu)?7.2°，如圖2左所示。

實(shí)施例2：

在激光改性前通過(guò)表面張力儀測(cè)定其表面接觸角為75.6°。設(shè)置激光掃描速度為2000mm/s，激光重復(fù)頻率為20kHz，激光功率為10W，掃描次數(shù)1，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行輻照后，利用表面張力儀測(cè)定表面接觸角變?yōu)?7.3°，如圖2右所示。

實(shí)施例3：

在激光改性前通過(guò)表面張力儀測(cè)定其表面接觸角為75.6°。設(shè)置激光掃描速度為2000mm/s，激光重復(fù)頻率為20kHz，激光功率為7.5W，掃描次數(shù)1，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行輻照后，利用表面張力儀測(cè)定表面接觸角變?yōu)?6°，如圖3左所示。

實(shí)施例4：

在激光改性前通過(guò)表面張力儀測(cè)定其表面接觸角為75.6°。設(shè)置激光掃描速度為1000mm/s，激光重復(fù)頻率為20kHz，激光功率為5W，掃描次數(shù)1對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行輻照后，利用表面張力儀測(cè)定表面接觸角變?yōu)?35.8°，如圖3右所示。

如圖4所示，通過(guò)觀察各個(gè)實(shí)施例后的掃描電鏡結(jié)果，可以看到激光改性后浸漬石墨表面發(fā)生了形貌變化，另外從圖5的拉曼光譜的結(jié)果中也可以看到，表面的分子結(jié)構(gòu)也有了新的變化，從而認(rèn)為表面浸潤(rùn)特性的改變是由于表面形貌及表面分子結(jié)構(gòu)的改變兩種條件產(chǎn)生的。

通過(guò)不同激光處理參數(shù)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)6.7°～135.8°之間大范圍內(nèi)接觸角的任意調(diào)控，在上述調(diào)整范圍內(nèi)選取激光參數(shù)，隨著激光功率的增大，接觸角隨之變小，當(dāng)激光功率在5～7.5W范圍內(nèi)變化時(shí)，表面發(fā)生疏水性變化；激光功率在10～15W范圍內(nèi)變化時(shí)，表面發(fā)送親水性變化。疏水變化時(shí)，掃描速度為1000mm/s時(shí)最顯著，親水變化時(shí)，掃描速度為500mm/s時(shí)最顯著。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。