非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法技术

本发明专利技术涉及一种非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法，属于激光精密加工技术领域。该方法为：将抛光成镜面的非晶合金进行超声清洗，之后在氩气氛围内进行激光辐照，设定激光频率、速度、功率密度和扫描路径，利用激光与非晶合金交互过程中的马兰戈尼效应，对非晶合金表面进行提拉成形。本发明专利技术为非晶合金表面图案化提出了一种新方法，有助于非晶合金在功能表面、微机电系统、生物医学和化学催化领域的应用。本发明专利技术优点在于：方法简单，既不需要去除表面材料，也不需要表面增材制造，且在不改变非晶合金原有非晶性能的基础上可直接高效率对非晶合金表面进行任意图案的提拉成形。非晶合金表面进行任意图案的提拉成形。非晶合金表面进行任意图案的提拉成形。

【技术实现步骤摘要】
非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法


[0001]本专利技术涉及激光精密加工
，特别涉及一种纳秒激光对非晶合金表面提拉成形的方法。本专利技术提出了一种在非晶合金表面进行提拉成形的新方法，为在非晶合金表面进行高效率精密图案化提供了一种新的技术方案。在功能表面、微机电系统、生物医学和化学催化
有着潜在的应用价值。

技术介绍

[0002]相比于传统的多元体系合金，非晶合金由于长程无序，短程有序的原子结构，使其具有更加优异的物理，化学和机械性能。如果其表面能够实现图案化，将会进一步拓展非晶合金的应用范围。由于非晶合金的高硬度会导致机床刀具的严重磨损，传统的机械加工已不再适用。化学刻蚀技术可以使其表面实现图案化，但是会使基体引入其它杂质元素，同时该方法加工精度也难以控制还会对环境造成污染。纳米压印和热塑性成形加工效率较低且磨具成本高昂，不利于柔性工业大规模表面图案化。纳秒激光技术由于高效率，高精度，低成本和环境友好的特点，逐步地被应用在非晶合金表面图案化。目前纳秒激光对非晶合金进行表面图案化主要有两种方法，一种是利用激光对表面材料选择性去除来实现的，该方法不可避免的会产生材料被烧蚀的碎屑，会对加工表面的洁净度产生影响；另一种方法是通过激光烧结非晶粉末实现3D打印，该方法加工精度低且容易使非晶粉末产生晶化。因此，急迫需要一种高效简洁，精度高且不破坏非晶合金材料非晶性能的加工方法，特别是在既不去除基体材料又不额外添加材料，但是能够实现非晶合金表面大面积图案化的新方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于对非晶合金表面实现图案化，提供了一种非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法，解决了现有技术存在的不足。本专利技术有助于非晶合金在功能表面、微机电系统、生物医学和化学催化
的应用。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现，其特征在于实施的工艺步骤是：1.一种非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法，其特征在于，利用激光和非晶合金交互过程中的马兰戈尼效应，实现对非晶合金表面的提拉成形，包括如下步骤：
[0004](1)用碳化硅砂纸对非晶合金表面进行机械研磨，表面研磨至无明显划痕，所用砂纸目数依次为120#、400#、800#、1200#、2000#、3000#；
[0005](2)将步骤(1)中表面无明显划痕的非晶合金进行机械抛光，表面抛光至镜面，所用抛光布为尼龙抛光布，抛光时所用抛光膏为W0.5的金刚石抛光膏，所抛光至镜面的面粗糙度大致为10nm；
[0006](3)将步骤(2)中表面抛光成镜面的非晶合金依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声清洗，之后用净化干燥的空气对其进行风干；
[0007](4)将步骤(3)中洗净干燥的非晶合金放入氩气氛围内，激光垂直辐照在非晶合金表面，利用激光打标软件MarkingMate绘制一条单线扫描路径，对非晶合金表面进行激光提
拉成形；所用氩气流量为20L/min,激光波长为1064nm,脉宽为7ns,频率为800kHz,扫描速度为10mm/s,功率为4.5W,光斑直径为43μm；
[0008](5)采用白光干涉仪对步骤(4)中激光提拉成形的单线结构进行高度和宽度的测量,以便后续对非晶合金表面进行复杂图案的提拉成形；
[0009](6)利用激光打标软件MarkingMate绘制激光扫描路径，在非晶合金表面进行复杂图案的提拉成形。
[0010]本专利技术的优点在于：实验方法简单，既不需要去除表面材料，也不需要表面增材制造，在不改变非晶合金原有非晶性能的基础上可直接高效率对非晶合金表面进行任意图案的提拉成形。
附图说明
[0011]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0012]图1为本专利技术提拉成形单线结构的三维形貌图；
[0013]图2为本专利技术提拉成形单线结构A到B的剖面轮廓图；
[0014]图3为本专利技术提拉成形英文字母JLU的三维形貌图；
[0015]图4为本专利技术激光扫描的两种方式；
[0016]图5为本专利技术间距为100μm时扫描方式一提拉成形结构的三维形貌图；
[0017]图6为本专利技术间距为150μm时扫描方式一提拉成形结构的三维形貌图；
[0018]图7为本专利技术间距为100μm时扫描方式二提拉成形结构的三维形貌图；
[0019]图8为本专利技术间距为150μm时扫描方式二提拉成形结构的三维形貌图；
[0020]图9为本专利技术原始基体表面和间距为100μm时扫描方式二提拉成形结构表面的X射线衍射图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及具体实施方式，但本专利技术的内容不局限于此，所述实验方法若无特别说明均为常规方法，所述材料和试剂若无特殊说明可从普通渠道获得。
[0022]1.一种非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法，其特征在于，利用激光和非晶合金交互过程中的马兰戈尼效应，实现对非晶合金表面的提拉成形，包括如下步骤：
[0023](1)用碳化硅砂纸对非晶合金表面进行机械研磨，表面研磨至无明显划痕，所用砂纸目数依次为120#、400#、800#、1200#、2000#、3000#；
[0024](2)将步骤(1)中表面无明显划痕的非晶合金进行机械抛光，表面抛光至镜面，所用抛光布为尼龙抛光布，抛光时所用抛光膏为W0.5的金刚石抛光膏，所抛光至镜面的面粗糙度大致为10nm；
[0025](3)将步骤(2)中表面抛光成镜面的非晶合金依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声清洗，之后用净化干燥的空气对其进行风干；
[0026](4)将步骤(3)中洗净干燥的非晶合金放入氩气氛围内，激光垂直辐照在非晶合金表面，利用激光打标软件MarkingMate绘制一条单线扫描路径，对非晶合金表面进行激光单
线提拉成形，图1为提拉成形的单线结构，所用氩气流量为20L/min,激光波长为1064nm,脉宽为7ns,频率为800kHz,扫描速度为10mm/s,功率为4.5W,光斑直径为43μm；
[0027](5)采用白光干涉仪对步骤(4)中激光提拉成形的单线结构进行高度和宽度的测量,如图2，高度为910nm,宽度为98μm；
[0028](6)利用激光打标软件MarkingMate分别绘制英文字母JLU，图4中的两种扫描方式，之后分别对非晶合金表面进行激光提拉成形。图3为激光提拉成形英文字母JLU的三维形貌图，图5和图6分别为间距为100、150μm时扫描方式一激光提拉成形结构的三维形貌图，图7和图8分别为间距为100、150μm时扫描方式二激光提拉成形结构的三维形貌图。如图9所示，本专利技术原始基体表面和图7表面均为非晶态，表明激光对非晶合金表面进行提拉成形后，非晶合金保持原始的非晶态。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶合金表面纳秒激光提拉成形的方法，其特征在于，利用激光和非晶合金交互过程中的马兰戈尼效应，实现对非晶合金表面的提拉成形，包括如下步骤：(1)用碳化硅砂纸对非晶合金表面进行机械研磨，表面研磨至无明显划痕，所用砂纸目数依次为120#、400#、800#、1200#、2000#、3000#；(2)将步骤(1)中表面无明显划痕的非晶合金进行机械抛光，表面抛光至镜面，所用抛光布为尼龙抛光布，抛光时所用抛光膏为W0.5的金刚石抛光膏，所抛光至镜面的面粗糙度大致为10nm；(3)将步骤(2)中表面抛光成镜面的非晶合金依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声清洗，之后用净化干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，崔明明，王超，洪婧，钱永峰，张帝，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：