一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，它是一種利用激光直寫技術(shù)在鋁合金薄板上制備納米孔陣列的方法?？蓪⒃摲椒☉?yīng)用于以此納米疏松結(jié)構(gòu)為基底的電化學(xué)催化、分離科學(xué)、光學(xué)傳感、納米線裝配等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬納米孔結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的電氣性能、光學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能，主要應(yīng)用于電化學(xué)催化和分離科學(xué)。目前制備金屬納米孔結(jié)構(gòu)的技術(shù)主要為脫合金法、燒結(jié)法和模板法。前兩者產(chǎn)生的均為不規(guī)則孔道的泡沫狀納米孔結(jié)構(gòu)；模板法通過預(yù)制膠態(tài)晶體或陽極氧化鋁納米柱整列，在模板上沉積金屬后再去除模板的過程制作金屬納米孔結(jié)構(gòu)。模板法的限制在于所得納米孔尺寸完全限制于所用模板的尺寸，需要使用一系列化學(xué)方法對模板上納米柱尺寸進(jìn)行控制；且模板法無法獲得長納米管，因此模板法所得的納米孔深度也有很大限制。
[0003]激光直寫技術(shù)是一種新興的光學(xué)無接觸式微細(xì)加工技術(shù)，利用聚焦能量和聚焦位置可變的激光束對基體材料進(jìn)行輻射，在其表面上形成二維平面或三維立體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。激光直寫加工系統(tǒng)的基本工作原理是利用計(jì)算機(jī)控制高精度的聚焦光束進(jìn)行精確掃描，直接在基體材料表面上通過輻射寫入所設(shè)計(jì)的圖形。激光直寫加工系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三部分組成。機(jī)械系統(tǒng)有大理石基座、主動(dòng)抗震裝置、直線電機(jī)及其載物平臺(tái)；光學(xué)系統(tǒng)主要包括干涉儀、聚焦物鏡、聲光調(diào)制器、監(jiān)控CCD相機(jī)、激光發(fā)射器及其自動(dòng)聚焦系統(tǒng)；電控系統(tǒng)主要包括有對直線電機(jī)、聲光調(diào)制器、干涉儀、自動(dòng)聚焦系統(tǒng)進(jìn)行控制的電子模塊。三個(gè)系統(tǒng)通過相應(yīng)的接口與計(jì)算機(jī)連接并利用軟件進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，完成輻射和掃描過程。
[0004]目前，除模板法外，尚無其他能產(chǎn)生圓柱狀納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)的加工方法，發(fā)展更高效的納米孔加工方法將大大推動(dòng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的研宄工作。使用激光直寫技術(shù)作為金屬表面納米疏松結(jié)構(gòu)的加工方法，能顯著提高加工精度和加工效率，為電化學(xué)，光學(xué)等的相關(guān)研宄提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種制造金屬表面納米孔疏松結(jié)構(gòu)的方法?？蓪⒃摲椒☉?yīng)用于以此納米疏松結(jié)構(gòu)為基底的電化學(xué)催化，分離科學(xué)，光學(xué)傳感，納米線裝配等領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明的流程如圖1所示。
[0007]一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，該方法具體步驟如下:
[0008]步驟一:對鋁合金板表面依次進(jìn)行化學(xué)清洗去油，砂輪打磨去氧化層，打磨后清洗；
[0009]步驟二:將鋁合金板置于激光直寫加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鋁合金板上以一定速度掃射，最終在表面獲得納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)；
[0010]步驟三:對加工后的鋁合金板用無水酒精擦拭清理。
[0011]其中，步驟一中所述的清洗的時(shí)間為10-30S。
[0012]其中，步驟二中所述的設(shè)定激光參數(shù)為:激光波長為193nm-1070nm，激光脈寬為50fs-900ps，激光功率為0.16W-1.27W，激光脈沖頻率為1kHz-1MHz ;利用振鏡掃描使激光在銷合金板上以一定速度掃射，其速度為為0.2mm/s-3m/s。
[0013]本發(fā)明公開的鋁合金表面納米疏松結(jié)構(gòu)加工方法，開辟了一種新的金屬表面納米孔陣列的加工，相比于現(xiàn)有的模板法納米孔陣列加工工藝，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014](I):該方法省去了制作模板時(shí)電化學(xué)過程中的有毒化學(xué)品消耗，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保加工的目標(biāo)。
[0015](2):該方法利用激光直寫加工系統(tǒng)，可以通過改變激光參數(shù)如頻率、掃描速度、功率對孔徑、孔密度、孔深度等進(jìn)行精確控制，能得到加工精度和加工范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)有工藝的納米孔。
[0016](3):該方法可以實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域的任意設(shè)定，相比于模板法加工更加靈活。
[0017](4):該方法加工速度更快，有望在實(shí)際生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率。
[0018](5):該方法加工可以獲得更大深度的納米孔。
【附圖說明】
:
[0019]圖1方法流程圖。
[0020]圖2激光直寫加工系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖3激光加工后鋁合金表面縱截面。
[0022]圖4激光加工后鋁合金表面縱截面微觀結(jié)構(gòu)。
[0023]圖5激光加工后鋁合金表面縱截面微觀結(jié)構(gòu)。
[0024]圖6激光加工后銷合金表面顯微圖片。
【具體實(shí)施方式】
:
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1-圖6所示，本發(fā)明公開的鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光加工方法包括以下步驟:
[0027]步驟一:對鋁合金板表面依次進(jìn)行化學(xué)清洗去油，砂輪打磨去氧化層，打磨后清洗；
[0028]步驟二:將鋁合金板置于激光直寫加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鋁合金板上以一定速度掃射，最終在表面獲得納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)；
[0029]步驟三:對加工后的鋁合金板用無水酒精擦拭清理。
[0030]其中，步驟一中所述的清洗的時(shí)間為10-30s ；
[0031]其中，步驟二中所述的設(shè)定激光參數(shù)為:激光波長為193nm-1070nm，激光脈寬為50fs-900ps，激光功率為0.16W-1.27W，激光脈沖頻率為1kHz-1MHz ;利用振鏡掃描使激光在銷合金板上以一定速度掃射，其速度為為0.2mm/s-3m/s。
[0032]本發(fā)明公開的鋁合金表面納米疏松結(jié)構(gòu)加工方法，開辟了一種新的金屬表面納米孔陣列的加工，相比于現(xiàn)有的模板法納米孔陣列加工工藝，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0033]該方法省去了制作模板時(shí)電化學(xué)過程中的有毒化學(xué)品消耗，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保加工的目標(biāo)；該方法利用激光直寫系統(tǒng)，可以通過改變激光參數(shù)如頻率、掃描速度、功率對孔徑、孔密度、孔深度等進(jìn)行精確控制，能得到深度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有工藝的納米孔；該方法可以實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域的任意設(shè)定，相比于模板法加工更加靈活；該方法加工速度更快，有望在實(shí)際生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率。
[0034]實(shí)施例1:
[0035](I):取4mm厚度的5A06鋁合金板，置于無水酒精中清洗，用砂紙打磨，再用無水酒精擦拭清理。
[0036](2):將樣品置于Edgewave公司的PX系列激光直寫加工系統(tǒng)(使用532nm波長的綠光配置)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為0.16W，頻率為ΙΟΟΚΗζ，掃描速度為lm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為5_X5mm，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)開始加工。
[0037](3):從工作臺(tái)上取下加工后鋁板，用無水酒精擦拭清理。
[0038]實(shí)施例2:
[0039](I):取4mm厚度的5A06鋁合金板，置于無水酒精中清洗，用砂紙打磨，再用無水酒精擦拭清理。
[0040](2):將樣品置于Edgewave公司的PX系列激光直寫加工系統(tǒng)(使用532nm波長的綠光配置)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為0.5W，頻率為500KHz，掃描速度為1.5m/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為5_X5mm，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)開始加工。
[0041](3):從工作臺(tái)上取下加工后鋁板，用無水酒精擦拭清理。
[0042]實(shí)施例3:
[0043](I):取4mm厚度的5A06鋁合金板，置于無水酒精中清洗，用砂紙打磨，再用無水酒精擦拭清理。
[0044](2):將樣品置于Edgewave公司的PX系列激光直寫加工系統(tǒng)(使用532nm波長的綠光配置)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為1W，頻率為1MHz，掃描速度為lm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為5_X5mm，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)開始加工。
[0045](3):從工作臺(tái)上取下加工后鋁板，用無水酒精擦拭清理。
[0046]實(shí)施例4:
[0047](I):取4mm厚度的5A06鋁合金板，置于無水酒精中清洗，用砂紙打磨，再用無水酒精擦拭清理。
[0048](2):將樣品置于Edgewave公司的PX系列激光直寫加工系統(tǒng)(使用532nm波長的綠光配置)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為1.27W，頻率為1MHz，掃描速度為3m/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為5_X5mm，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)開始加工。
[0049](3):從工作臺(tái)上取下加工后鋁板，用無水酒精擦拭清理。
[0050]如上所示，本發(fā)明公開的一種鋁合金表面納米多孔疏松結(jié)構(gòu)的激光加工方法，將經(jīng)過砂紙打磨和酒精清洗的鋁合金板，采用激光直寫加工系統(tǒng)在其表面加工，獲得鋁合金表面的納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)，納米孔排列有序整齊，加工效率高。相比現(xiàn)有的納米孔陣列加工方法，本發(fā)明取得的突破在于大大提高了加工效率和精度，制備的納米孔深度更大，加工區(qū)域和尺寸范圍可根據(jù)設(shè)計(jì)需要靈活調(diào)整，對金屬材料表面納米多孔結(jié)構(gòu)的制備和開發(fā)具有重要意義。
[0051]本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一:對鋁合金板表面依次進(jìn)行化學(xué)清洗去油，砂輪打磨去氧化層，打磨后清洗；步驟二:將鋁合金板置于激光直寫加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鋁合金板上以一定速度掃射，最終在表面獲得納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)； 步驟三:對加工后的鋁合金板用無水酒精擦拭清理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，其特征在于:步驟一中所述的清洗的時(shí)間為10-30S。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，其特征在于:步驟二中所述的設(shè)定激光參數(shù)為:激光波長為193nm-1070nm，激光脈寬為50fs-900ps，激光功率為0.16W-1.27W，激光脈沖頻率為1kHz-1MHz ;利用振鏡掃描使激光在鋁合金板上以一定速度掃射，其速度為為0.2mm/s-3m/s。
【專利摘要】本發(fā)明一種制備鋁合金表面納米多孔結(jié)構(gòu)的激光方法，它有三大步驟：步驟一：對鋁合金板表面依次進(jìn)行化學(xué)清洗去油，砂輪打磨去氧化層，打磨后清洗；步驟二：將鋁合金板置于激光直寫加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光直寫加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鋁合金板上以一定速度掃射，最終在表面獲得納米孔陣列疏松結(jié)構(gòu)；步驟三：對加工后的鋁合金板用無水酒精擦拭清理。相比現(xiàn)有的納米孔陣列加工方法，本發(fā)明取得的突破在于大大提高了加工效率和精度，加工區(qū)域和尺寸范圍可根據(jù)設(shè)計(jì)需要靈活調(diào)整，對金屬材料表面納米多孔結(jié)構(gòu)的制備和開發(fā)具有重要意義。
【IPC分類】B23K26/60, B23K26/352, B23K103/10, B23K26/082
【公開號(hào)】CN104959731
【申請?zhí)枴緾N201510345338
【發(fā)明人】管迎春, 馬程鵬
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月19日