CN114799217B - 基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法 - Google Patents
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Abstract
基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，属于工程材料技术领域,包括如下步骤，S1.增材制造NiTi合金样品的制备；S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；S3.飞秒激光加工制备微纳分级结构；将S2中所制备的样品进行飞秒激光加工，激光功率选取500 mW，扫描速度为0.5 mm/s、0.8 mm/s或者1 mm/s，扫描间距为100μm，重复扫描1次，超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h。
Description
技术领域
本发明属于工程材料技术领域，特别涉及一种基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法。
背景技术
NiTi合金作为智能材料的一种，具有优异的疲劳强度、减振能力、耐蚀耐磨性、抗空蚀性等等，增材制造方法的出现克服了传统制备方法制备NiTi合金所存在的加工困难的难题，使其广泛应用于航空航天部件、海军工业部件、汽车部件、生物医学设备和民用建筑等。然而，有关增材制造NiTi合金表面润湿性行为尚未得到重视，实现增材制造NiTi合金表面超疏水特征有助于实现NiTi合金耐腐性能的提高，耐磨蚀特性以及血液相容性的提高。传统制备方法多局限于增大表面粗糙度和低表面能物质修饰相结合的手段，但工艺复杂、成本高且二次污染严重，不利于人体内应用的同时也会破坏环境。本方法通过热处理手段，加速飞秒激光加工后增材制造NiTi合金表面对空气中有机物的吸附行为，增大非极性键数量，从而在零污染的情况下实现增材制造NiTi合金表面超疏水特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，在保证加工精度的同时，有效提高增材制造NiTi合金表面的超疏水特性。本发明通过调节飞秒激光制备参数中的扫描速度，通过扫描电镜的观察制备微纳结构的表面样貌，通过接触角测量仪测试样品接触角随制备参数的变化。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块，长宽高分别为10 mm，10 mm和5mm；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层，之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S3.飞秒激光加工制备微纳分级结构；将S2中所制备的样品进行飞秒激光加工，加工路径为网格状，激光功率选取500 mW，扫描速度为0.5 mm/s、
0.8 mm/s或者1 mm/s，扫描间距为100 μm，重复扫描1次，加工完成后，在无水乙醇中进行超声波清洗，然后用去离子水冲洗后自然晾干；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过飞秒激光加工增材制造NiTi合金表面与传统化学方法制备相比具有效率高，可重复性好易于控制等优点；与纳秒激光加工相比虽不及其加工速度，但具有精度高、热效应小等优点；并且通过热处理手段可以在零污染下实现增材制造NiTi合金表面超疏水功能，具有环境友好的特点。
附图说明
图1为本发明的加工路径示意图。
图2 为本发明不同飞秒激光激光加工参数下的激光共聚焦对比图。
图3为本发明不同纳秒激光加工参数下的接触角大小对比图。
具体实施方式
对比例1，a样品，未对样品表面进行飞秒激光处理
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块，长宽高分别为10 mm，10 mm和5mm；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层。之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S3.接触角测量；采用接触角测量仪测量S2中得到的样品表面接触角，水滴大小为5 μL，测量的接触角为58.8°。
实施例1，b样品，扫描速度为0.5 mm/s
基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块，长宽高分别为10 mm，10 mm和5mm；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层。之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S3.飞秒激光加工制备微纳分级结构；将S2中所制备的样品进行飞秒激光加工，加工路径为网格状，激光功率选取500 mW，扫描速度为0.5 mm/s，扫描间距为100 μm，重复扫描1次，加工完成后，在无水乙醇中进行超声波清洗，然后用去离子水冲洗后自然晾干；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h；
S5.接触角测量；采用接触角测量仪测量S4中得到的样品表面接触角，水滴大小为5 μL，测量的接触角为157.8°。
实施例2，c样品,扫描速度为0.8 mm/s
基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块，长宽高分别为10 mm，10 mm和5mm；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层。之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S3.飞秒激光加工制备微纳分级结构；将S2中所制备的样品进行飞秒激光加工，加工路径为网格状，激光功率选取500 mW，扫描速度为0.8mm/s，扫描间距为100 μm，重复扫描1次，加工完成后，在无水乙醇中进行超声波清洗，然后用去离子水冲洗后自然晾干；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h；
S5.接触角测量；采用接触角测量仪测量S4中得到的样品表面接触角，水滴大小为5 μL，测量的接触角为154.4°。
实施例3，d样品扫描速度为1 mm/s.
基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，包括如下步骤：
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块，长宽高分别为10 mm，10 mm和5mm；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层。之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S3.飞秒激光加工制备微纳分级结构；将S2中所制备的样品进行飞秒激光加工，加工路径为网格状，激光功率选取500 mW，扫描速度为1 mm/s，扫描间距为100 μm，重复扫描1次，加工完成后，在无水乙醇中进行超声波清洗，然后用去离子水冲洗后自然晾干；超声波清洗时间为0.5h，超声频率40KHz，输入功率为100W；
S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h；
S5.接触角测量；采用接触角测量仪测量S4中得到的样品表面接触角，水滴大小为5 μL，测量的接触角为156.8°。
应理解，各步骤中的接触角范围在90°以下属于亲水，90°-150°属于疏水，150°以上属于超疏水，通过本发明的方法可以精确可控的控制疏水程度，相对于传统刻蚀不可控具有巨大的进步。
Claims (2)
1.基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.增材制造NiTi合金样品的制备；通过BLT-S210打印机，以激光功率125 W，扫描速度600 mm/s，层间距80 μm，层厚30 μm的工艺参数，在NiTi基板上打印，打印完成后，通过线切割技术将打印样品从基板上切下，样品为长方体块；
S2.增材制造NiTi合金样品表面预处理；将S1中所制备的样品通过400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面，去除表面氧化层，之后在乙醇溶液中进行超声波清洗，再使用去离子水冲洗干净，最后在空气中自然晾干备用；
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S4.低温热处理；将S3中处理完的样品放置在干燥箱内进行低温热处理，温度为200℃，时间为2h。
2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光加工实现增材制造NiTi合金表面超疏水的方法，其特征在于：所述S2与S3中超声波清洗时间均为0.5h，超声频率均为 40KHz。
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