【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光制造，特别涉及一种基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，即利用脉冲激光实现冲击区域单或多方向分布微纳结构制备。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、材料表面微纳结构的制备方法多样，可分为“自上而下法”、“自下而上法”两大类。其中离子束刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀属于“自上而下法”，优点在于不仅可以较为精准地得到理想型拓扑结构，还可以制备继承原始形貌结构的多孔材料，但缺点是浪费材料、制备条件受限；物理/化学气相沉积法、分子束法、化学/电化学还原法属于“自下而上法”，使原子、分子等粒子通过弱的相互作用自组装形成微纳米结构，优点在于节省材料，可以控制形貌、材料厚度，但缺点在于制备过程复杂费时、合成困难。
3、在需要大规模制备微纳结构的情况下，常见方法之一是借助微纳尺度的模板进行压印制备。常用的微纳尺度模板一般采用干法刻蚀和湿法刻蚀的方法，模板主要由硅或石英等其他硬质材料制成，但在大量压印循环后，模板会受磨损最终无法使用。此外，高分辨率和大面积的模具难以制作且昂贵。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法。在采用水或玻璃为约束层的激光冲击过程中，材料表面激光冲击区域内可形成不同形态特征的表面浮凸微纳结构。基于约束层中的椭圆状微气泡形态
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面，提供了一种基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，包括：
4、对待加工材料表面进行处理，使其处于光滑状态；
5、在待加工材料上依次覆盖吸收层、至少一层约束层，得到复合板材，其中，所述约束层介质中均布有微纳米尺度气泡；
6、采用脉冲激光对所述复合板材进行激光冲击，在材料表面形成微纳结构。
7、本专利技术涉及一种借助激光冲击技术直接在金属材料表面控制微纳结构形态的技术。与上述各种制备微纳结构方法对比，本专利技术属于一种新的微纳结构制备手段，加工过程无需模板，仅借助激光冲击力效应完成。此外，本专利技术具有可同时对金属进行表面强化效果引入、加工效率与材料利用率高等优势。
8、本专利技术对于激光冲击形成的凹坑底部的不规则凸起的形状的调控，具体涉及高度与长宽比。其中，高度控制通过常规的激光冲击工艺参数来实现，在待加工材料激光冲击强化工艺所选择激光参数所对应的激光功率密度为上限的基础上，按照“更高激光功率密度导致更大高度”的原则进行参数设定；长宽比控制通过本专利技术所给出的约束层的气泡形态、方位或多层约束层之间的叠加角度的控制来实现。
9、为通过激光冲击在板料表面制备一定形态的微纳结构，需要在确定待加工板料后，对其表面做一定处理使其表面平整。所述平整化处理方法包括但不限于机械研磨与抛光等，在一些实施例中，所述待加工材料表面在激光冲击前的表面粗糙度不超过ra0.01；
10、在一些实施例中，所述吸收层的材料为黑漆、石墨、黑胶带或者金属箔。当脉冲激光照到吸收层上，会电离产生高温高压的等离子体，并在激光能量的诱导下产生冲击波，从而作为驱动力促使板材进行高应变率的塑性变形，完成激光冲击。
11、进一步的，本申请对于约束层气泡的形态和介质进行优化，在一些效果较好的实施方式中，所述约束层为含有椭圆状微气泡的水约束层，或，含有椭圆状微气泡的玻璃板；
12、优选的，水约束层或玻璃约束层的厚度为0.2～3mm；
13、更优选的，玻璃板的材质为k9玻璃，由其生产薄板。
14、进一步的，为了获得预期微纳结构调控效果，本专利技术还对约束层内微纳米尺度气泡的尺寸进行了优化，测试表明：激光光斑的尺寸应远大于约束层内微细气泡尺寸。激光尺寸一般为mm量级，而约束层内微细气泡尺寸应为μm或nm量级。激光光束能量不会被过度消耗，才可诱导金属材料表面形成凹坑。因此，在一些效果较优的实施方式中，所述微纳米尺度气泡的直径1～50μm。
15、进一步的，本专利技术还对多约束层的组合方式进行了优化，所述多层约束层为至少两层，约束层上下叠加；
16、在一些更具体的实施方式中，双(多)约束层可选择两块含有微气泡的玻璃薄板叠加，或是上下两层的水约束层，或是玻璃薄板与水幕组成双(多)约束层。
17、还需要指出的是，采用玻璃叠层时，可直接采用无气泡液体粘结剂进行粘接。
18、进一步的，本专利技术还对约束层中微纳米尺度气泡尺寸的调控方法进行了优化，包括：
19、采用单层水约束层时，通过调控水约束层流动速度来调控约束层中椭圆气泡形态；
20、在一些效果较优的实施方式中，选用含有微细气泡的去离子水幕作为约束层，同时通过调控水约束层流动速度来调控约束层中气泡形态。水流层静止时，气泡为标准球形；水流层速度较大时，气泡会呈现被拉长的椭圆形。
21、在一些效果较优的实施方式中，还可通过在管道中施加相同流速、不同流动方向且含有微纳米尺度气泡的去离子水来制备含有微纳米尺度气泡的水约束层。
22、更具体的，对于含有微纳米尺度气泡的水约束层，可通过加压溶气法制备。即：借助空压机加压使气体在水搅动的过程中溶入，并在水中呈现过饱和状态，再流经释放器使过饱和溶气水在通过喷嘴时瞬间减压；水中的空气与水体分离，发生气穴效应，将溶于水中的过饱和气体以微纳米尺度气泡的形式释放，最终形成无杂质微粒、含有粒度直径1～50μm的较均匀分布的微纳米尺度气泡的去离子水。
23、需要说明的是，本专利技术中，水是含有一定体积、浓度气泡并去除钙、镁离子等杂质的去离子水。
24、采用单层玻璃约束层时，可通过定制玻璃薄板过程中拉伸程度调控约束层中椭圆气泡形态。
25、而对于多约束层，本专利技术可通过各约束层多角度叠加来调控微纳结构，此时，各约束层中微气泡的形态、方位不完全相同；
26、在一些效果较优的实施方式中，多层约束层皆为玻璃约束层时，各玻璃约束层中的微气泡具有相同形态、但位于不同方位；(即：微气泡的拉长方向以不同角度叠加)
27、在一些效果较优的实施方式中，多层约束层皆为水约束层时，各水约束层中水的流速相同；
28、在一些效果较优的实施方式中，多层约束层为玻璃约束层和水约束层叠加时，水约束层中水的流速不变，各玻璃约束层微气泡具有相同形态、但位于不同方位。
29、进一步的，本专利技术还对不同约束层叠加时的位置关系进行了优化，在一些实施方式中，多层约束层为玻璃约束层和水约束层叠加时，玻璃约束层位于更远离待加工材料表面的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述待加工材料表面在激光冲击前的表面粗糙度不超过Ra0.01；
3.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述约束层为含有椭圆状微气泡的水约束层，或，含有椭圆状微气泡的玻璃板；
4.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述多层约束层为至少两层，约束层上下叠加；
5.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，采用单层水约束层时，通过调控水约束层流动速度来调控约束层中椭圆气泡形态；
6.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，采用多约束层时，通过各约束层多角度叠加来调控微纳结构，各约束层中微气泡的形态、方位不完全相同；
7.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光
8.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述激光光束垂直于待加工材料表面；
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的表面具有浮凸微纳结构的材料。
10.权利要求1-8任一项所述的方法在多方向分布微纳结构制备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述待加工材料表面在激光冲击前的表面粗糙度不超过ra0.01；
3.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述约束层为含有椭圆状微气泡的水约束层，或，含有椭圆状微气泡的玻璃板；
4.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，所述多层约束层为至少两层，约束层上下叠加；
5.如权利要求1所述的基于约束层中微气泡形态的激光冲击微纳结构形态控制方法，其特征在于，采用单层水约束层时，通过调控水约束层流动速度来...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢国鑫，姚远，赵迪，钟锦岩，王强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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