[发明专利]一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，它是一种利用激光直写技术在铝合金薄板上制备纳米孔阵列的方法。可将该方法应用于以此纳米疏松结构为基底的电化学催化、分离科学、光学传感、纳米线装配等领域。

背景技术

金属纳米孔结构具有独特的电气性能、光学性能和结构性能，主要应用于电化学催化和分离科学。目前制备金属纳米孔结构的技术主要为脱合金法、烧结法和模板法。前两者产生的均为不规则孔道的泡沫状纳米孔结构；模板法通过预制胶态晶体或阳极氧化铝纳米柱整列，在模板上沉积金属后再去除模板的过程制作金属纳米孔结构。模板法的限制在于所得纳米孔尺寸完全限制于所用模板的尺寸，需要使用一系列化学方法对模板上纳米柱尺寸进行控制；且模板法无法获得长纳米管，因此模板法所得的纳米孔深度也有很大限制。

激光直写技术是一种新兴的光学无接触式微细加工技术，利用聚焦能量和聚焦位置可变的激光束对基体材料进行辐射，在其表面上形成二维平面或三维立体结构的技术。激光直写加工系统的基本工作原理是利用计算机控制高精度的聚焦光束进行精确扫描，直接在基体材料表面上通过辐射写入所设计的图形。激光直写加工系统主要由机械系统、光学系统和电控系统三部分组成。机械系统有大理石基座、主动抗震装置、直线电机及其载物平台；光学系统主要包括干涉仪、聚焦物镜、声光调制器、监控CCD相机、激光发射器及其自动聚焦系统；电控系统主要包括有对直线电机、声光调制器、干涉仪、自动聚焦系统进行控制的电子模块。三个系统通过相应的接口与计算机连接并利用软件进行控制和协调，完成辐射和扫描过程。

目前，除模板法外，尚无其他能产生圆柱状纳米孔阵列疏松结构的加工方法，发展更高效的纳米孔加工方法将大大推动相关应用领域的研究工作。使用激光直写技术作为金属表面纳米疏松结构的加工方法，能显著提高加工精度和加工效率，为电化学，光学等的相关研究提供更高质量的产品。

发明内容

本发明涉及一种制造金属表面纳米孔疏松结构的方法。可将该方法应用于以此纳米疏松结构为基底的电化学催化，分离科学，光学传感，纳米线装配等领域。

本发明的流程如图1所示。

一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；

步骤二：将铝合金板置于激光直写加工系统的工作台上，设定激光参数，启动激光直写加工系统，利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，最终在表面获得纳米孔阵列疏松结构；

步骤三：对加工后的铝合金板用无水酒精擦拭清理。

其中，步骤一中所述的清洗的时间为10-30s。

其中，步骤二中所述的设定激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-900ps，激光功率为0.16W-1.27W，激光脉冲频率为10kHz-1MHz；利用振镜扫描使激光在铝合金板上以一定速度扫射，其速度为为0.2mm/s-3m/s。

本发明公开的铝合金表面纳米疏松结构加工方法，开辟了一种新的金属表面纳米孔阵列的加工，相比于现有的模板法纳米孔阵列加工工艺，本发明的优点在于：

(1)：该方法省去了制作模板时电化学过程中的有毒化学品消耗，实现绿色环保加工的目标。

(2)：该方法利用激光直写加工系统，可以通过改变激光参数如频率、扫描速度、功率对孔径、孔密度、孔深度等进行精确控制，能得到加工精度和加工范围远大于现有工艺的纳米孔。

(3)：该方法可以实现加工区域的任意设定，相比于模板法加工更加灵活。

(4)：该方法加工速度更快，有望在实际生产中提高生产效率。

(5)：该方法加工可以获得更大深度的纳米孔。

附图说明：

图1方法流程图。

图2激光直写加工系统示意图。

图3激光加工后铝合金表面纵截面。

图4激光加工后铝合金表面纵截面微观结构。

图5激光加工后铝合金表面纵截面微观结构。

图6激光加工后铝合金表面显微图片。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1-图6所示，本发明公开的铝合金表面纳米多孔结构的激光加工方法包括以下步骤：

步骤一：对铝合金板表面依次进行化学清洗去油，砂轮打磨去氧化层，打磨后清洗；