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(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221049816 5.0 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 黄虎 钱永峰 洪婧 汪井涛 郭爽 安鸿 (74)专利代理 机构 长春市恒誉 专利代理事务所 (普通合伙) 22212 专利代理师 李荣武 (51)Int.Cl. B23K 26/356(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B24B 1/00(2006.01) B08B 3/12(2006.01) (54)发明名称 激光辐照结合蜡封抛光制备高质 量非晶合 金微凹坑的方法 (57)摘要 本发明涉及激光辐照结合蜡封抛光制备高 质量非晶合金微凹坑的方法, 属于材料表面微纳 结构制造领域。 包括以下步骤: 对非晶合金表面 进行机械研磨与抛光; 对研磨抛光后的非晶合金 表面进行纳秒激光辐照, 获得微凹坑阵列结构; 在微凹坑阵列结构表面涂上一层薄薄的石蜡, 随 后利用抛光液对其进行机械抛光, 在这个过程 中, 抛光液中的抛光颗粒会渗入到石蜡与微凹坑 内壁的间隙中, 使得微凹坑结构的表 面质量得到 改善; 利用丙酮对机械抛光后的非晶合金表面进 行清洗, 获得具有高表面质量的非晶合金微凹坑 阵列结构。 通过改变相邻辐照点的间距和抛光过 程参数, 可高效地制备具有不同特征尺寸的微凹 坑阵列, 在摩 擦学、 微纳光学、 微模具等领域具有 良好的应用前 景。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114799532 A 2022.07.29 CN 114799532 A 1.激光辐照结合蜡封抛光制备高质量非晶合金微凹坑的方法, 其特征在于, 包括以下 步骤: (1)对块体非晶合金表面进行研磨、 抛光处理, 去除表面氧化层, 随后依次使用丙酮和 去离子水对抛光后的非晶合金表面进行超声 波清洗, 并使用吹风机吹干; (2)在真空环境下, 对步骤(1)所得的非晶合金表面以设定的激光辐照参数进行纳秒激 光辐照, 获得微凹坑阵列结构, 所述的激光辐照参数包括: 激光波长为532nm, 脉冲宽度为 15.4ns, 重复频率为1kHz, 峰值激光功率强度为2.02 ×1012~4.52×1012W/cm2,激光脉冲数 为1~10次, 激光能量分布为高斯分布; (3)在微凹坑阵列结构表面涂上一层 薄薄的石蜡, 随后利用抛光液对其进行机械抛光, 在这个过程中, 抛光液中的抛光颗粒会渗入到石蜡与微凹坑内壁的间隙中, 使得微凹坑结 构的表面质量得到改善; (4)利用丙酮对机械抛光后的非晶合金表面进行超声波清洗, 获得具有高表面质量的 非晶合金微凹坑阵列结构。 2.根据权利要求1所述的激光辐照结合蜡封抛光制备高质量非晶合金微凹坑的方法, 其特征在于: 步骤(1)中所述的抛光后的非晶合金表面的粗 糙度在10nm以下。 3.根据权利要求1所述的激光辐照结合蜡封抛光制备高质量非晶合金微凹坑的方法, 其特征在于: 步骤(2)中, 首先进行单点激光辐照, 随后利用扫描电子显微镜测量单点微凹 坑结构的直径, 并以此为依据选择和控制相邻激光辐照点间距, 制备所需的微凹坑阵列结 构。 4.根据权利要求1所述的激光辐照结合蜡封抛光制备高质量非晶合金微凹坑的方法, 其特征在于: 步骤(3)中, 抛光时间和抛光压力可根据所需微凹坑阵列结构的深度要求进 行 控制。权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 114799532 A 2激光辐照结 合蜡封抛光制备高质量非晶 合金微凹坑的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及材料表面微纳结构制造领域, 特别涉及一种激光辐照结合蜡封抛光制 备高质量非晶合金微凹坑的方法, 在摩擦学、 微纳光学、 微模具等领域具有良好的应用前 景。 背景技术 [0002]宏观物质是由极其微小的粒子构成的(分子、 原子或离子), 按照粒子的排列方式, 材料可以分为两大类: 粒子排列十分规则的晶态物质和粒子排列长程无序的非晶态物质。 作为一种新型 的非晶态物质, 非晶合金自问世以来就受到了科学界与产业界的广泛关注。 由于不存在位错、 层错、 晶界等缺陷, 非晶合金表现出优异的机械、 物理和化学性能, 例如高 强度、 高弹性极限以及出色的耐磨性和耐腐蚀性等。 这些优异的特性促使非晶合金逐步发 展成为航空航天、 武器装备等高技术以及高档体育用品、 消费性电子产品等高附加 值产品 争相选用的新型结构材料。 此外, 非晶合金还具有良好的生物相容性和优异的软磁性能, 这 使其在生物医学工程和电子通信等领域也呈现出良好的应用前景。 与此同时, 已有研究结 果表明, 在非晶合金表面制备规则的微纳米结构有助于进一步增强其力学与功能特性, 如 提高非晶合金植入体的耐磨性和生物相容 性、 增强表面润湿性 等。 [0003]作为一种典型的功能微纳结构, 微 凹坑阵列结构在细胞过滤与筛选、 减摩减损、 提 高传热性能等诸多方面具有应用价值。 有效的微凹坑阵列加工技术是实现上述应用的保 障, 目前可以实现金属表面微凹坑阵列加工的方法主要有化学溶剂刻蚀、 热压成型、 微电极 阵列加工、 纳秒 激光微加工等。 其中, 纳秒激光微加工技术是利用纳秒激光与材料交互过程 中的快速加热和冷却循环实现材料去除的一种 先进制造技术。 与其他加工方法比较, 具有 通用性强, 环境友好, 易大面积加工等优点, 是一种颇具发展潜力的非晶合金表面微凹坑阵 列加工技 术。 [0004]在2020年 《Journal of Materials Processing Technology》 第283卷116714 (Investigations in the fabrication of surface patterns for wettability modification on a Zr‑based bulk metallic glass by nanosecond laser surface texturing)中, YangJiao等通过在大气环境下进行纳秒激光辐照, 在锆基非 晶合金表面制 备了微凹坑阵列结构, 提高了其表面亲水性。 然而, 纳秒激光加工属于热加工, 已有研究虽 能在非晶合金表面制备微凹坑结构, 但往往表面质量较差且伴随着大量的重铸碎片与颗 粒, 难以实现高表面质量的微凹坑阵列加工。 机械抛光是利用切削和材料表面塑性变形去 除材料微小突出部分以得到平整表面的典型方法。 然而, 在处理微凹坑阵列结构的过程中, 大量的抛光颗粒 可能会集中于微凹坑结构的内壁, 导 致严重的划伤和磨损。 [0005]因此, 如何实现高表面质量的非晶合金微凹坑阵列结构的高效低成本加工, 是制 造加工技 术领域人员亟需解决的问题。说 明 书 1/4 页 3 CN 114799532 A 3
专利 激光辐照结合蜡封抛光制备高质量非晶合金微凹坑的方法
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