[发明专利]一种制备管道内壁超疏水结构的装置及方法

说明书

本发明公开了一种制备管道内壁超疏水结构的装置及方法，涉及激光与电化学加工领域，装置中光纤一端夹持在送丝机构内，另一端设置在激光加工模组内，激光加工模组设置在层叠式柔性塑料管内，层叠式柔性塑料管设置在管道的内孔里；该方法为：先用光纤激光在弯管道内壁加工出微米结构，再用电沉积的方法在微米结构上镀一层金属，表面金属氧化后得到纳米结构从而达到超疏水的特性；该装置利用光纤的可弯曲性，通过高速旋转反射镜达到加工弯管道内壁的目的，并且可以通过调节聚焦透镜和反射镜之间的距离来改变激光聚焦半径，来适应不同内径的管道加工，具有操作性强，柔性高的特点，利用电沉积方法获得纳米结构，结合力好，强度高。

技术领域

本发明涉及激光与电化学加工领域，涉及到一种制备管道内壁超疏水结构的装置及方法，尤其适用于不同内径金属弯管道内壁超疏水结构的制备。

背景技术

超疏水表面具有自清洁、低阻力、抗冰霜一系列的优点，在航空航天、船只潜艇、管道运输、微流体装置等方面应用需求甚广。近年来，国内外专家对超疏水表面已经进行了大量的研究，但由于管道的特殊结构，在内壁加工超疏水结构比较困难，大多采用的方法是在表面涂覆一层低表面能物质。如中国专利“一种减小输水管道水头损失的方法”，公开号为CN105363656A提出，在管道内壁涂装一层硅橡胶翻模仿鲨鱼皮、或聚氨醋基仿鲨鱼皮的材料，达到减小输水管道水头损失的目的。中国专利“一种天然气管道内天然气水合物的清除方法”，公开号为CN103619475A提出，用酞菁铁作为碳源和催化剂，在氩气和氢气的高温流动气氛中制备柱状阵列碳纳米管膜，再将此膜涂覆到管道内壁或阀门内孔上阻止冰雪状的天然气水合物的形成，保证井筒和管道的畅通。这些方法都能有效地实现管道内壁的超疏水，但是涂层与基体的结合强度低，又由于材料限制，其耐用性较差。

发明内容

本发明提出的一种制备弯管道内壁超疏水结构的装置及方法，利用特殊的光纤激光加工装置在管道内壁加工出微米级阵列结构，再利用电沉积的方法在微米结构上镀一层金属，表面金属氧化后得到纳米结构达到超疏水的目的，具有强度高，寿命长的特点。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种制备管道内壁超疏水结构的装置，包括送丝机构、光纤、层叠式柔性塑料管和激光加工模组；所述光纤一端夹持在送丝机构内，另一端设置在激光加工模组内，激光加工模组设置在层叠式柔性塑料管内，层叠式柔性塑料管设置在管道的内孔里；所述激光加工模组包括壳体和调节套筒；所述壳体为中空结构，壳体内的一端开设有螺纹结构，调节套筒与壳体内壁螺纹连接；壳体内还安装有透镜保持滑块，通过调整调节套筒可使得透镜保持滑块移动，透镜保持滑块内安装有聚焦透镜；壳体内的另一端通过轴承安装有旋转套筒，旋转套筒的一端安装在扁平中空轴直流电机的中空输出轴内；另一端延伸出壳体，且旋转套筒延伸出壳体的端内设置有反光镜；光纤内的激光通过聚焦透镜的聚焦后辐照在反光镜上，激光被反射后穿过旋转套筒上开设的孔，最后辐照在管道内壁上。

进一步的，所述透镜保持滑块与平中空轴直流电机之间安装有弹簧。

进一步的，所述光纤通过光纤固定套筒安装在调节套筒内。

进一步的，所述轴承通过端盖定位。

进一步的，所述透镜保持滑块外壁镶嵌有石墨使得透镜保持滑块与壳体内壁之间充分润滑。

进一步的，装置还包括不溶性金属丝，激光加工完管道内壁后，在管道内通入溶液，不溶性金属丝接直流脉冲电源正极，直流脉冲电源负极接管道；从而形成电化学回路，进行电化学反应得到纳米级结构。

一种制备管道内壁超疏水结构的方法，先利用光纤激光加工管道内壁，在内壁形成微米结构，再用电沉积的方法在微米结构上镀一层金属，镀层金属氧化后得到纳米结构，从而得到超疏水结构。

进一步的，包括如下步骤：

根据管道内径选择层叠式柔性塑料管和调节激光加工模组，将激光加工模组安装在层叠式柔性塑料管内；