CN104959731B - 一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，它有三大步骤：步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；步骤二：将铝合金板置于激光直写加工***的工作台上，设定激光参数，启动激光直写加工***，利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，最终在表面获得纳米孔阵列疏松结构；步骤三：对加工后的铝合金板用无水酒精擦拭清理。相比现有的纳米孔阵列加工方法，本发明取得的突破在于大大提高了加工效率和精度，加工区域和尺寸范围可根据设计需要灵活调整，对金属材料表面纳米多孔结构的制备和开发具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，它是一种利用激光直写技术在铝合金薄板上制备纳米孔阵列的方法。可将该方法应用于以此纳米疏松结构为基底的电化学催化、分离科学、光学传感、纳米线装配等领域。
背景技术
金属纳米孔结构具有独特的电气性能、光学性能和结构性能，主要应用于电化学催化和分离科学。目前制备金属纳米孔结构的技术主要为脱合金法、烧结法和模板法。前两者产生的均为不规则孔道的泡沫状纳米孔结构；模板法通过预制胶态晶体或阳极氧化铝纳米柱整列，在模板上沉积金属后再去除模板的过程制作金属纳米孔结构。模板法的限制在于所得纳米孔尺寸完全限制于所用模板的尺寸，需要使用一系列化学方法对模板上纳米柱尺寸进行控制；且模板法无法获得长纳米管，因此模板法所得的纳米孔深度也有很大限制。
激光直写技术是一种新兴的光学无接触式微细加工技术，利用聚焦能量和聚焦位置可变的激光束对基体材料进行辐射，在其表面上形成二维平面或三维立体结构的技术。激光直写加工***的基本工作原理是利用计算机控制高精度的聚焦光束进行精确扫描，直接在基体材料表面上通过辐射写入所设计的图形。激光直写加工***主要由机械***、光学***和电控***三部分组成。机械***有大理石基座、主动抗震装置、直线电机及其载物平台；光学***主要包括干涉仪、聚焦物镜、声光调制器、监控CCD相机、激光发射器及其自动聚焦***；电控***主要包括有对直线电机、声光调制器、干涉仪、自动聚焦***进行控制的电子模块。三个***通过相应的接口与计算机连接并利用软件进行控制和协调，完成辐射和扫描过程。
目前，除模板法外，尚无其他能产生圆柱状纳米孔阵列疏松结构的加工方法，发展更高效的纳米孔加工方法将大大推动相关应用领域的研究工作。使用激光直写技术作为金属表面纳米疏松结构的加工方法，能显著提高加工精度和加工效率，为电化学，光学等的相关研究提供更高质量的产品。
发明内容
本发明涉及一种制造金属表面纳米孔疏松结构的方法。可将该方法应用于以此纳米疏松结构为基底的电化学催化，分离科学，光学传感，纳米线装配等领域。
本发明的流程如图1所示。
一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；
步骤二：将铝合金板置于激光直写加工***的工作台上，设定激光参数，启动激光直写加工***，利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，最终在表面获得纳米孔阵列疏松结构；
步骤三：对加工后的铝合金板用无水酒精擦拭清理。
其中，步骤一中所述的清洗的时间为10-30s。
其中，步骤二中所述的设定激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-900ps，激光功率为0.16W-1.27W，激光脉冲频率为10kHz-1MHz；利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，其速度为为0.2mm/s-3m/s。
本发明公开的铝合金表面纳米疏松结构加工方法，开辟了一种新的金属表面纳米孔阵列的加工，相比于现有的模板法纳米孔阵列加工工艺，本发明的优点在于：
(1)：该方法省去了制作模板时电化学过程中的有毒化学品消耗，实现绿色环保加工的目标。
(2)：该方法利用激光直写加工***，可以通过改变激光参数如频率、扫描速度、功率对孔径、孔密度、孔深度等进行精确控制，能得到加工精度和加工范围远大于现有工艺的纳米孔。
(3)：该方法可以实现加工区域的任意设定，相比于模板法加工更加灵活。
(4)：该方法加工速度更快，有望在实际生产中提高生产效率。
(5)：该方法加工可以获得更大深度的纳米孔。
附图说明：
图1方法流程图。
图2激光直写加工***示意图。
图3激光加工后铝合金表面纵截面。
图4激光加工后铝合金表面纵截面微观结构。
图5激光加工后铝合金表面纵截面微观结构。
图6激光加工后铝合金表面显微图片。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
如图1-图6所示，本发明公开的铝合金表面纳米多孔结构的激光加工方法包括以下步骤：
步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；
步骤二：将铝合金板置于激光直写加工***的工作台上，设定激光参数，启动激光直写加工***，利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，最终在表面获得纳米孔阵列疏松结构；
步骤三：对加工后的铝合金板用无水酒精擦拭清理。
其中，步骤一中所述的清洗的时间为10-30s；
其中，步骤二中所述的设定激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-900ps，激光功率为0.16W-1.27W，激光脉冲频率为10kHz-1MHz；利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，其速度为为0.2mm/s-3m/s。
本发明公开的铝合金表面纳米疏松结构加工方法，开辟了一种新的金属表面纳米孔阵列的加工，相比于现有的模板法纳米孔阵列加工工艺，本发明的优点在于：
该方法省去了制作模板时电化学过程中的有毒化学品消耗，实现绿色环保加工的目标；该方法利用激光直写***，可以通过改变激光参数如频率、扫描速度、功率对孔径、孔密度、孔深度等进行精确控制，能得到深度远大于现有工艺的纳米孔；该方法可以实现加工区域的任意设定，相比于模板法加工更加灵活；该方法加工速度更快，有望在实际生产中提高生产效率。
实施例1：
(1)：取4mm厚度的5A06铝合金板，置于无水酒精中清洗，用砂纸打磨，再用无水酒精擦拭清理。
(2)：将样品置于Edgewave公司的PX系列激光直写加工***(使用532nm波长的绿光配置)的工作台上，设置激光功率为0.16W，频率为100KHz，扫描速度为1m/s，设置扫描区域大小为5mm×5mm，启动激光直写加工***开始加工。
(3)：从工作台上取下加工后铝板，用无水酒精擦拭清理。
实施例2：
(1)：取4mm厚度的5A06铝合金板，置于无水酒精中清洗，用砂纸打磨，再用无水酒精擦拭清理。
(2)：将样品置于Edgewave公司的PX系列激光直写加工***(使用532nm波长的绿光配置)的工作台上，设置激光功率为0.5W，频率为500KHz，扫描速度为1.5m/s，设置扫描区域大小为5mm×5mm，启动激光直写加工***开始加工。
(3)：从工作台上取下加工后铝板，用无水酒精擦拭清理。
实施例3：
(1)：取4mm厚度的5A06铝合金板，置于无水酒精中清洗，用砂纸打磨，再用无水酒精擦拭清理。
(2)：将样品置于Edgewave公司的PX系列激光直写加工***(使用532nm波长的绿光配置)的工作台上，设置激光功率为1W，频率为1MHz，扫描速度为1m/s，设置扫描区域大小为5mm×5mm，启动激光直写加工***开始加工。
(3)：从工作台上取下加工后铝板，用无水酒精擦拭清理。
实施例4：
(1)：取4mm厚度的5A06铝合金板，置于无水酒精中清洗，用砂纸打磨，再用无水酒精擦拭清理。
(2)：将样品置于Edgewave公司的PX系列激光直写加工***(使用532nm波长的绿光配置)的工作台上，设置激光功率为1.27W，频率为1MHz，扫描速度为3m/s，设置扫描区域大小为5mm×5mm，启动激光直写加工***开始加工。
(3)：从工作台上取下加工后铝板，用无水酒精擦拭清理。
如上所示，本发明公开的一种铝合金表面纳米多孔疏松结构的激光加工方法，将经过砂纸打磨和酒精清洗的铝合金板，采用激光直写加工***在其表面加工，获得铝合金表面的纳米孔阵列疏松结构，纳米孔排列有序整齐，加工效率高。相比现有的纳米孔阵列加工方法，本发明取得的突破在于大大提高了加工效率和精度，制备的纳米孔深度更大，加工区域和尺寸范围可根据设计需要灵活调整，对金属材料表面纳米多孔结构的制备和开发具有重要意义。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (1)
1.一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；
步骤二：将铝合金板置于激光直写加工***的工作台上，设定激光参数，启动激光直写加工***，利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，最终在表面获得纳米孔阵列疏松结构；
步骤三：对加工后的铝合金板用无水酒精擦拭清理；
其中，步骤一中所述的清洗的时间为10-30s；
其中，步骤二中所述的设定激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-900ps，激光功率为0.16W-1.27W，激光脉冲频率为10kHz-1MHz；利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，其速度为为0.2mm/s-3m/s。
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