由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺及成品

本发明涉及微纳制造，特别涉及一种由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，还涉及一种加工成品。

背景技术：

1、材料表面的微结构可使材料在发挥固有性能的同时，具有常规表面不具备的特性，如疏水性、减摩性、抗菌性等，已经被广泛应用于功能零部件的制造。微纳结构对材料表面性能的影响很大，可通过化学刻蚀、气相沉积、激光加工等方法制备。

2、其中激光加工的应用较为广泛，且激光加工的本质即为材料内部的自由电子在激光器所辐射出的光子的激励下瞬间升温，并且在极短时间内将产生的能量扩散至材料内部的各种粒子。并且对于金属材料来说，我们将该时间称之为弛豫时间。

3、皮秒激光加工技术作为一种新型微纳制造技术，具有超高的峰值功率密度和超短的脉冲持续时间，能够在极小的区域在极短时间将极高的能量聚集到材料表面对其进行破坏，在材料表面产生光破坏区域。其相比于纳秒激光器的热效应较大对于微结构的烧蚀较为严重，在进行多次扫描加工后，微结构难以被完整表现。而皮秒激光由于其极短的脉宽，其加工的热影响相对小很多，这对于微结构特征的制备有着明显优势，同时激光加工可以适用于多种材料，且其加工时由于高能密度的存在所以加工时间短，效率高。

4、虽然皮秒激光的脉宽较短，但是材料表面的自由电子在受激后产生的能量也只需要极短的时间(与弛豫时间相近)就可以扩散至材料内部，因而其所产生的热影响不可忽视，尤其是对于微钠结构制造领域。并且，正由于其脉宽与弛豫时间相差无几，导致它的加工机制与纳秒激光以及飞秒激光加工机制不同，纳秒激光由于脉宽较大所以其有足够时间将能量传递至材料内部，所以主要利用该热效应实现加工，飞秒则是由于脉宽远远小于弛豫时间所以其主要是通过“冷加工”进行，而皮秒的机制介于两者之间，较为复杂，截止目前也没有合适的理论可以确切的解释相关机制。同时，由于激光的诱导作用所以刻蚀表面会出现类光栅结构并且由于其加工机制较为复杂故其所得表面结构随着激光各项参数的变化差异较大。皮秒激光还受加工材料性质、加工方式等因素影响。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，能实现一次加工即得到两种不同结构的组合结构，不同结构会有不同的功能特性，通过对两种不同结构进行组合后，得到较好的综合性能的微结构表面。

2、本发明实施例还提供一种微钠结构。

3、根据本发明第一方面的实施例，提供一种由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，包括以下步骤：

4、s1，将待加工的钢片的表面进行研磨抛光处理，使用无水乙醇进行超声清洗并干燥，将待加工的钢片放置于皮秒激光器的加工平台上；

5、s2，通过与皮秒激光器相连的工业计算机，采用定位光标对待加工的钢片的加工位置进行确定，完成后进行对焦操作；

6、s3，通过与皮秒激光器相连的工业计算机，圈画出加工区域并在一矩形框内进行平面阵列，并设置填充方式以及加工工艺参数，然后皮秒激光器对待加工的钢片进行加工；填充方式为网格式填充；加工工艺参数为打标速度450-550mm/s、打标次数不低于15次、空跳速度900-1100mm/s、重复频率不低于200khz、功率不低于1.48w；

7、s4，加工完成后，将钢片取下放置于无水乙醇中进行超声清洗，获得具有微钠结构的加工成品。

8、上述由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，至少具有以下有益效果：通过皮秒激光脉冲对加工区域进行选择性加工，利用皮秒激光在材料表面形成光破坏区，引起光破坏区材料性质发生改变，从而烧蚀出均匀的微型凸起的同时形成柱状的乳突阵列结构，并且由于激光刻蚀过程中由于库伦爆炸等因素综合作用，会使刻蚀区域产生一层基地多孔结构；通过对激光的加工工艺及参数选择，可以将乳突阵列结构与基底多孔结构复合的微纳结构很好的实现，从而与预设的效果相差不大，即两种不同特征的微结构表面，所具有的功能会兼具两者结构的优点，为材料微纳加工提供了新的思路。本发明通过对微结构的设计以及加工参数的研究确定了可以实现一次加工即得到两种不同结构的组合结构，且对于不同的结构会有不同的功能特性，而通过对两种不同结构进行组合后，得到较好的综合性能的微结构表面。

9、根据本发明第一方面的实施例，所述加工工艺参数中，打标次数35-45次，加工的重复频率采用450-550khz，加工的功率不得低于采用1.48-3.70w。

10、根据本发明第一方面的实施例，皮秒激光器的激光脉冲宽度为10～12ps、波长1064nm。

11、根据本发明第一方面的实施例，所述网格式填充为横向和纵向各进行一次扫描。

12、根据本发明第一方面的实施例，皮秒激光器的打标间距为0.01-0.02mm，以获得均匀的基底多孔结构。

13、根据本发明第二方面的实施例，提供一种加工成品，包括加工零件，所述加工零件由本发明第一方面实施例所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺制备而成，所述加工零件的表面形成有微纳结构，所述微纳结构由两层结构复合形成的分级表面，两层结构分别为乳突阵列结构与基底多孔结构。

14、上述加工产品，至少具有以下有益效果：可以在加工零件的表面形成有微纳结构，由乳突阵列结构与基底多孔结构复合形成的分级表面，得到较好的综合性能的微结构表面。

15、根据本发明第二方面的实施例，所述微纳结构为周期性微纳结构。

16、根据本发明第二方面的实施例，所述周期性微结构的周期60μm-160μm。

技术特征：

1.一种由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，其特征在于：所述加工工艺参数中，打标次数35-45次，加工的重复频率采用450-550khz，加工的功率不得低于采用1.48-3.70w。

3.根据权利要求2所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，其特征在于：皮秒激光器的激光脉冲宽度为10～12ps、波长1064nm。

4.根据权利要求1所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，其特征在于：所述网格式填充为横向和纵向各进行一次扫描。

5.根据权利要求4所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，其特征在于：皮秒激光器的打标间距为0.01-0.02mm，以获得均匀的基底多孔结构。

6.一种加工成品，其特征在于：包括加工零件，所述加工零件由权利要求1至9任意一项所述的由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺制备而成，所述加工零件的表面形成有微纳结构，所述微纳结构由两层结构复合形成的分级表面，两层结构分别为乳突阵列结构与基底多孔结构。

7.根据权利要求6所述的加工成品，其特征在于：所述微纳结构为周期性微纳结构。

8.根据权利要求6所述的加工成品，其特征在于：所述周期性微结构的周期60μm-160μm。

技术总结本发明公开了由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺及成品，涉及微纳制造技术领域，其中，由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺，包括以下步骤：将待加工的钢片的表面进行研磨抛光处理，清洗并干燥，将待加工的钢片放置于皮秒激光器的加工平台上；通过与皮秒激光器相连的工业计算机，采用定位光标进行对焦操作；圈画出加工区域并在一矩形框内进行平面阵列，并设置填充方式以及加工工艺参数，然后皮秒激光器对待加工的钢片进行加工；加工完成后，进行清洗，获得具有微钠结构的加工成品。本发明所得加工零件表面具有两层结构即乳突阵列结构与基底多孔结构复合形成的分级表面，并且由一次加工完成，极大提高了制造效率。技术研发人员：陆龙生,唐彪,李凯凯,寇金维,谢颖熙受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/14