不锈钢激光表面微纳结构制备及其性能研究

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1、学号：S15030274不锈钢激光表面微纳结构制备及其性能研究硕士学位论文姓名不锈钢激光表面微纳结构制备及其性能研究研究生姓名：董胜男董胜男学科、专业：机械工程二○一八年六月分类号：TB17;TN209密级：可公开UDC：621编号：不锈钢激光表面微纳结构制备及其性能研究StudyonLaserMicro•NanostructuresFabricationandPropertiesofStainlessSteelSurface学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：机械工程（

2、080200）研究方向：激光加工技术申请学位级别：硕士指导教师：刘双宇副教授研究生：董胜男论文起止时间：2016.10—2018.04摘要近些年,飞秒激光微纳加工技术受到了广泛关注，采用该技术获得的微纳结构表面具有超疏水、自清洁、多彩结构色、高效光吸收等优点，在军事伪装、太阳能电池、航天、船舶等领域表现出良好的应用潜质。本文运用飞秒激光微纳加工技术对301不锈钢表面进行微纳加工，研究了激光脉冲能量、扫描速度和扫描间距对微纳结构的影响规律，加工过程中获得了两种典型结构：垂直于激光偏振方向的周期性波纹结构

3、和具有双重尺度的抛物面结构。采用光学相机和自行搭建的光吸收检测装置研究了不同脉冲能量作用下试样表面的呈色情况和对光的吸收情况。利用光学接触角测量仪测量了经氟硅烷修饰后的未加工表面、加工表面的静态接触角及静态接触角大于150°的表面的滚动角。结果表明：当E=0.3mJ和E=0.5mJ时，获得的垂直于激光偏振方向的周期性波纹结构表面在自然光下，呈现随角度变化的彩色效果；E=0.1mJ时，表面未能完全形成周期性波纹结构，烧蚀痕迹较轻，表面颜色单一；E=0.7mJ～1.1mJ时，试样表面烧蚀严重，表面呈现不同

4、的单一色彩。所有的单一色不随观察角度发生变化。并且，随着脉冲能量的增大，表面对660nm红光和532nm绿光的吸收能力增强。加工试样表面的静态接触角随脉冲能量的增大而增大，当E=1.1mJ时，表面的静态接触角和滚动角分别为156.1°和5°，实现了真正意义的超疏水。本文对301不锈钢表面进行飞秒激光辐射，通过改变加工工艺参数获得了不同微观形貌的表面，并研究了加工表面的光学特性和润湿特性，使功能性表面的可控制备成为可能，扩展了301不锈钢的应用范围。关键词：301不锈钢；微纳加工技术；表面颜色；光吸收；

5、疏水性IABSTRACTFemtosecondlasermicro-nanoprocessingtechnologyhasarousedwideconcerninrecentyears,theobtainedmicro-nanostructuresurfaceshaveadvantagesofsuperhydrophobic,self-cleaning,colorfulstructuralcolor,highefficiencylightabsorption.Thosemicro-nanostruct

6、uresurfaceshaveshowedaveryhighpotentialforapplicationsinmilitarycamouflage,solarbattery,aerospace,marineandotherfields.Theinfluenceofenergy,scanningvelocityandscanningintervaloffemtosecondlaseronthemicro-nanostructureofthesurfaceof301stainlesssteelwasst

7、udied,whichobtainedtwokindsoftypicalmicro-nanostructures:periodicripplesperpendiculartothepolarizationdirectionoflaserandparaboloidwithdoublescale.Thecolorandtheabsorptionoflightofthesurfacesunderdifferentpulseenergythroughtheopticalcameraandself-builtl

8、ightabsorptiondetectivedevicewerestudied.Anopticalcontactanglemeasuringinstrumentwasusedtomeasurethestaticcontactangleoftheunmachinedsurfacesandthefinishedsurfaceswhichweremodifiedbyfluorosilaneandwealsomeasuredtherollinganglewhe