443鐵素體不銹鋼表面飛秒激光微-納米結(jié)構(gòu)化的研究.pdf

1、飛秒激光加工技術(shù)憑借其極高的加工分辨率、極小的熱影響區(qū)、較高的加工質(zhì)量等顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸成為固體材料微/納米制造最有效的方法之一。飛秒激光表面微/納米結(jié)構(gòu)化技術(shù)可在材料表面制備多種微米、納米尺度結(jié)構(gòu)，是飛秒激光微/納制造的重要應(yīng)用領(lǐng)域，是制備具有特殊表面性能（如超疏水，自清潔、防蝕、防凍、防菌、低流阻、超高光吸收等）的功能材料的重要方法，在傳感器、太陽(yáng)能吸收器、渦輪葉片、機(jī)翼、雷達(dá)通訊等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。
　　然而，目前對(duì)飛秒激光

2、表面微/納米結(jié)構(gòu)化技術(shù)的形貌優(yōu)化控制及飛秒激光誘導(dǎo)表面微/納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理仍缺乏認(rèn)識(shí)和系統(tǒng)研究。了解飛秒激光誘導(dǎo)表面微/納米結(jié)構(gòu)的形成及形成機(jī)理是飛秒激光表面微/納米結(jié)構(gòu)化技術(shù)可控制備功能性表面的關(guān)鍵所在。
　　本文開展了空氣、純水以及甲醇三種環(huán)境介質(zhì)中，TTS443鐵素體不銹鋼表面飛秒激光微/納米結(jié)構(gòu)化研究。通過單層及多層燒蝕，在443鐵素體不銹鋼表面獲得了多種不同特征的微/納米結(jié)構(gòu)，探討了它們的形成機(jī)制，為進(jìn)一步開展飛秒激光

3、表面微/納米結(jié)構(gòu)化技術(shù)可控制備功能性表面研究打下了基礎(chǔ)。全文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.探討了空氣中443不銹鋼表面激光加工參數(shù)對(duì)飛秒激光燒蝕形貌特征的影響以及在相同激光加工參數(shù)下環(huán)境介質(zhì)對(duì)飛秒激光燒蝕形貌特征的影響，并討論了443不銹鋼表面飛秒激光微/納米結(jié)構(gòu)化的形貌控制。
　　2.采用空氣中飛秒激光多層燒蝕，在443不銹鋼表面制備了一種新型的連結(jié)狀納米-微米雙重結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱N-mounds)，并提出了一種形成模型用以描述

4、連結(jié)狀N-mounds的形成。該模型可分為四個(gè)階段，即飛秒激光誘導(dǎo)表面周期性結(jié)構(gòu)的形成，局部區(qū)域先期突起結(jié)構(gòu)的形成，隨機(jī)分布N-mounds的形成以及連結(jié)狀N-mounds的形成。N-mounds的長(zhǎng)大及連結(jié)狀N-mounds的形成都?xì)w結(jié)于N-mounds間山谷的傾向性燒蝕。
　　3.進(jìn)行了相同激光加工參數(shù)下，空氣、純水和甲醇中443不銹鋼表面的飛秒激光多層燒蝕試驗(yàn)，并對(duì)比分析了兩種液體介質(zhì)中形成的飛秒激光誘導(dǎo)微/納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)

5、理。在純水中，隨著掃描層數(shù)的增加，試樣表面始終形成飛秒激光誘導(dǎo)表面周期性結(jié)構(gòu)，其形成可用等離子體激元模型進(jìn)行解釋。在甲醇中，隨著掃描層數(shù)的增加，試樣表面逐漸形成了被亞微米級(jí)波紋結(jié)構(gòu)覆蓋的微米級(jí)突起結(jié)構(gòu)，其形成是多層燒蝕演變的結(jié)果。而在激光加工參數(shù)完全相同的情況下，在不同環(huán)境介質(zhì)中獲得的表面形貌間的差異則由不同環(huán)境介質(zhì)相異的物理化學(xué)性質(zhì)引起。
　　4.對(duì)相同激光加工參數(shù)下，空氣、純水及甲醇環(huán)境介質(zhì)中443不銹鋼表面飛秒激光單層及多層