利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法及防腐蚀铝合金技术

本发明专利技术提供一种利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法及防腐蚀铝合金，其中的方法包括如下步骤：S1、根据确定激光加工参数对铝合金表面进行加工形成微纳双层级形貌结构，同时在铝合金表面原位生成具有抗腐蚀性的晶态和非晶态金属氧化物陶瓷；S2、采用聚焦超快激光能量密度逐渐变化的多次扫描加工方式，多次对铝合金表面进行加工，直至微纳双层级形貌结构变为多层级微纳形貌结构并使得铝合金表面致密分布的金属氧化物陶瓷达到饱和；S3、对超快激光加工后的铝合金进行超声清洗，再对超声清洗后的铝合金进行退火处理，通过降低铝合金表面的表面能，使得铝合金表面具有超疏水效应。本发明专利技术具有优秀的耐腐蚀性质，同时还具有耐久的疏水性能。的疏水性能。的疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法及防腐蚀铝合金


[0001]本专利技术涉及激光加工
，特别涉及一种利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法及防腐蚀铝合金。

技术介绍

[0002]近年来，随着人类进入新的空间大开发时代，海洋、太空、极地等新兴领域的竞争性开发利用，既为人类开辟了无可估量的发展前景，也带来了前所未有的安全挑战。海洋环境中因海水冲击、海水腐蚀、盐雾影响、强烈暴晒、海洋生物附着腐蚀等不利因素的存在，导致海洋中的设备与船体常年受到侵蚀破坏，焊缝开裂、舱体腐蚀减薄等影响安全作业的情况时有发生。保护设备与船体不被破坏，提高金属材料的海水抗腐蚀性能至关重要。目前，海洋工程中使用的金属材料是通过涂覆缓蚀剂和有机涂层的方式增强金属材料的抗腐蚀性能，但是由于有机涂层与金属材料间的粘附性不够以及涂层本身存在微裂纹和气泡等问题，会使腐蚀性物质(如O2、H2O、Cl
‑
等)渗透到金属材料中，使涂层发生降解，长此以往导致涂层失效，金属材料加速腐蚀，产生安全隐患。所以急需开发出一种无需涂层即可实现提升金属材料防腐性能的新方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法及防腐蚀铝合金，通过采用聚焦超快激光能量密度逐渐变化的多次扫描加工方式在材料表面加工形成具有微纳结构形貌的晶态和非晶态氧化物陶瓷，再结合退火处理实现的超疏水效应，共同达到对海水腐蚀有效防护的目的。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0005]本专利技术提供的利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法，包括如下步骤：
[0006]S1、搭建超快激光加工装置，确定激光加工参数，激光加工参数包括激光功率、加工速度、扫描间距和样品离焦距离；
[0007]S2、根据确认的激光加工参数，利用超快激光对铝合金表面进行加工形成微纳双层级形貌结构，同时在铝合金表面原位生成具有抗腐蚀性的晶态和非晶态金属氧化物陶瓷；
[0008]S3、采用聚焦超快激光能量密度逐渐变化的多次扫描加工方式，多次对铝合金表面进行加工，直至微纳双层级形貌结构变为多层级微纳形貌结构并使得铝合金表面致密分布的金属氧化物陶瓷达到饱和；其中，多层级微纳形貌结构在微米尺度上以紧密排列的面包状分布在铝合金表面，面包状结构由致密分布的纳米级针状结构组成；纳米级针状结构又由纳米级的颗粒状结构组成；
[0009]S4、对超快激光加工后的铝合金进行超声清洗，再对超声清洗后的铝合金进行退火处理，通过降低铝合金表面的表面能，使得铝合金表面具有超疏水效应。优选地，铝合金为6061铝合金。
[0010]优选地，金属氧化物陶瓷包括晶态氧化铝陶瓷和非晶态氧化铝陶瓷，晶态氧化铝陶瓷包括α相氧化铝陶瓷和γ相氧化铝陶瓷。
[0011]优选地，在步骤S4中，退火温度为50
‑
400℃，退火时间为0.5
‑
10h，升温速度为0.5
‑
10℃/min。
[0012]优选地，在步骤S1之前，还包括如下步骤：
[0013]S0、利用砂纸对铝合金的表面进行抛光处理，采用去离子水对抛光后的铝合金进行超声清洗，并用氮气吹干。
[0014]本专利技术提供的防腐蚀铝合金，由上述的方法制备而成。
[0015]与现有的激光防腐方法相比，本专利技术能够取得如下技术效果：
[0016]1、利用在铝合金表面生成的金属氧化物陶瓷降低铝合金与海水发生化学置换反应的能力。
[0017]2、铝合金表面形成的多层级微纳形貌结构能够有效地捕获空气，有效减少液/固接触面积。
[0018]3、对表面形成多层级微纳结构的铝合金进行退火处理，通过降低表面能，使得铝合金表面与水的接触角为150
°
左右，使表面具有超疏水效应。
[0019]4、本专利技术通过超快激光对铝合金表面进行直接加工的方式，使铝合金表面具有抗腐蚀性，无需额外的化学修饰涂层，避免出现海洋环境污染的问题。
附图说明
[0020]图1是根据本专利技术实施例提供的利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法的流程图；
[0021]图2是根据本专利技术实施例2提供的超快激光在6061铝合金表面加工获得的多层级微纳结构的扫描电子显微图；
[0022]图3是根据本专利技术实施例1
‑
4提供的6061铝合金表面在激光加工前、后的X射线衍射图；
[0023]图4是根据本专利技术实施例1
‑
4提供的6061铝合金样品表面在激光加工前、后的电化学测试曲线图。
具体实施方式
[0024]在下文中，将参考图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的图标记表示。在相同的图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0026]图1示出了根据本专利技术实施例提供的铝合金防腐蚀方法的流程。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例提供的利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法，包括如下步骤：
[0028]S1、搭建超快激光加工装置，确定激光加工参数，激光加工参数包括激光功率、加
工速度、扫描间距和样品离焦距离。
[0029]首先，搭建超快激光加工装置，该装置由超快激光源、聚焦光学元件，精密三维移动平台和控制电脑等构成；然后，确定激光加工参数：包括选择合适的激光功率(或能量)、扫描速度、扫描间距和离焦距离(激光焦点到铝合金表面的距离)；最后将铝合金放在精密三维移动平台上，通过移动精密三维移动平台使超快激光源发出的超快激光聚焦至铝合金的表面。
[0030]S2、根据确认的激光加工参数，利用超快激光对铝合金表面进行加工形成微纳双层级形貌结构，同时在铝合金表面原位生成具有抗腐蚀性的晶态和非晶态金属氧化物陶瓷。
[0031]根据步骤S1确认的激光加工参数在铝合金表面加工形成微米和纳米双层级的沟槽，构成微纳双层级形貌结构，微纳双层级形貌结构能够捕获空气，减少液/固接触面积。
[0032]伴随着微纳双层级形貌结构的形成，在铝合金表面生成晶态和非晶态的金属氧化物陶瓷。在超快激光加工铝合金表面的过程中，激光作用引发的高温高压首先将铝合金表面转化为热熔氧化状态，处于热熔状态的铝合金表面通过氧化反应原位生长出金属氧化物陶瓷。
[0033]由于非晶态的金属氧化物陶瓷具有单一均匀的固体相，以及没有晶态的位错缺陷和晶界，将会导致铝合金的抗腐蚀性能增强。
[0034]由于金属氧化物陶瓷具有天然的抗腐蚀性能，因此可以降低铝合金表面与海水发生化学置换反应的能力。
[0035]本专利技术可以驱使精密三维移动平台进行平面的二维移动，实现激光对铝合金表面的二维扫描。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用超快激光提高铝合金防腐性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、搭建超快激光加工装置，确定激光加工参数，所述激光加工参数包括激光功率、加工速度、扫描间距和样品离焦距离；S2、根据确认的激光加工参数，利用超快激光对铝合金表面进行加工形成微纳双层级形貌结构，同时在铝合金表面原位生成具有抗腐蚀性的晶态和非晶态金属氧化物陶瓷；S3、采用聚焦超快激光能量密度逐渐变化的多次扫描加工方式，多次对铝合金表面进行加工，直至所述微纳双层级形貌结构变为多层级微纳形貌结构并使得铝合金表面致密分布的金属氧化物陶瓷达到饱和；其中，所述多层级微纳形貌结构在微米尺度上以紧密排列的面包状分布在所述铝合金表面，面包状结构由致密分布的纳米级针状结构组成；纳米级针状结构又由纳米级的颗粒状结构组成；S4、对超快激光加工后的铝合金进行超声清洗，再对超声清洗后的铝合金进行退火处理，通过降低铝合金表面的表面能，使得铝合金表面具有超疏水效应。2.如权利要求1所述的利用超...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，闫丹丹，于伟利，于治，邹婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：