纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法

技术领域

本发明涉及材料表面精密加工技术领域，特别涉及纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法，在微纳光学、生物医学、摩擦学、防伪标志等方面具有潜在的应用价值。

背景技术

近些年来非晶合金材料由于其优异的性能吸引了国内外学者的广泛关注，并被应用于国防与航空航天、医疗与体育器材、精密机械等领域。针对一些特殊的要求，有时候需要在非晶合金表面制备大面积微结构以实现特殊功能。然而，由于其本质的硬脆特性和极好的耐腐蚀性，对非晶合金表面进行微加工一直以来都十分困难，传统机械加工和化学腐蚀等手段都难以对其进行加工。

作为一种非接触式加工手段，激光加工技术被视为一种非晶合金表面微结构化的理想方案。例如，Chen Li等在2016年《Journal of Laser Micro/Nanoengineering》第11卷357-365(Initial Cumulative Effects in Femtosecond Pulsed Laser-inducedPeriodic Surface Structures on Bulk Metallic Glasses)中利用飞秒激光在非晶合金表面制备了周期性表面微结构。然而，飞秒激光设备使用及维护费用都相对较高。因此，对于非晶合金表面大面积微结构加工来说，加工成本相对较低的纳秒激光无疑是更合适的。当纳秒激光与非晶合金相互作用时，非晶合金材料表面温度急剧升高，随后在冷却过程中可能发生自组织过程而产生一些精细的三维结构，从而提升非晶合金在微纳光学、生物医学、摩擦学、防伪标志等方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法，解决了现有技术存在的上述问题。利用非晶合金本质的亚稳态和激光激发的自组织过程，可快速、高效地在非晶合金表面制备大面积锥状微结构，在微纳光学、生物医学、摩擦学、防伪标志等方面具有潜在的应用价值。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法，包括以下步骤：

(1)将非晶合金试样在抛光设备上依次进行研磨抛光处理，并使用乙醇和去离子水进行约10分钟的超声清洗，室温下风干得到洁净的非晶合金表面；

(2)将激光聚焦到非晶合金表面，在计算机软件中绘制等间距的直线，以设定的激光辐照参数在侧吹氩气的条件下重复进行5次纳秒激光辐照，在非晶合金表面形成大面积锥状微结构。

进一步的，步骤(1)中所述的将非晶合金试样在抛光设备上依次进行研磨抛光处理具体为：依次使用240目、400目、800目、2000目的砂纸进行研磨，随后使用金刚石抛光膏进行抛光，抛光后的非晶合金试样表面粗糙度R

进一步的，步骤(2)中所述的等间距的直线的具体间距数值为6μm。

进一步的，步骤(2)中所述的激光辐照参数为：激光波长为1064nm，脉宽为7ns，重复频率为600kHz，激光能量分布为高斯分布，激光能量密度为0.06J/m

本发明的有益效果在于：

(1)本方法克服了传统机械加工或化学腐蚀难以加工非晶合金的问题。此外，本发明采用纳秒激光进行加工，相比于飞秒激光，其成本相对较低且工艺流程简单。

(2)利用非晶合金本质的亚稳态和激光激发的自组织过程，本发明提出的方法可快速、高效地在非晶合金表面制备大面积锥状微结构。

(3)本发明制备的大面积锥状结构形状规则且均匀。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为利用本发明制备的大面积锥状微结构的扫描电子显微镜图像；

图2为利用本发明制备的大面积锥状微结构的三维形貌图像。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

本发明的纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法，包括以下步骤：

(1)将非晶合金试样在抛光设备上依次进行研磨抛光处理，并使用乙醇和去离子水进行约10分钟的超声清洗，室温下风干得到洁净的非晶合金表面；

(2)将激光聚焦到非晶合金表面，在计算机软件中绘制等间距的直线，以设定的激光辐照参数在侧吹氩气的条件下重复进行5次纳秒激光辐照，在非晶合金表面形成大面积锥状微结构。

进一步的，步骤(1)中所述的将非晶合金试样在抛光设备上依次进行研磨抛光处理具体为：依次使用240目、400目、800目、2000目的砂纸进行研磨，随后使用金刚石抛光膏进行抛光，抛光后的非晶合金试样表面粗糙度R

进一步的，步骤(2)中所述的等间距的直线的具体间距数值为6μm。

进一步的，步骤(2)中所述的激光辐照参数为：激光波长为1064nm，脉宽为7ns，重复频率为600kHz，激光能量分布为高斯分布，激光能量密度为0.06J/m

实施例

本实例采用纳秒激光辐照制备非晶合金表面大面积锥状微结构的方法，具体实施步骤如下：

(1)将非晶合金试样在抛光设备上依次使用240目、400目、800目、2000目的砂纸进行研磨，随后使用金刚石抛光膏进行抛光，使用乙醇和去离子水中进行约10分钟的超声清洗，室温下风干得到洁净的非晶合金表面。

(2)将激光聚焦到非晶合金表面，在计算机软件中绘制等间距的直线，具体间距数值为6μm。以设定的激光辐照参数在侧吹氩气的条件下重复进行5次纳秒激光辐照，所用辐照工艺参数为：激光波长为1064nm，脉宽为7ns，重复频率为600kHz，激光能量分布为高斯分布，激光能量密度为0.06J/m

从试验结果可以看出，利用本发明提出的方法，通过纳秒激光辐照非晶合金，可快速、高效地在非晶合金表面制备大面积锥状微结构，且制备的锥状结构形状规则且均匀，在微纳光学、生物医学、摩擦学、防伪标志等方面具有潜在的应用价值。。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。