综述:激光加工后金属表面润湿性转变方法

【字体: 时间:2025年06月21日 来源:Optics & Laser Technology 4.6

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  这篇综述系统总结了激光纹理化技术结合后处理方法制备超疏水(Superhydrophobic,CA>150°)金属表面的最新进展。文章重点分析了自然老化、化学处理、低温退火等五种后处理技术加速润湿性转变的机制,并探讨了超疏水表面在减阻(drag reduction)、防冰(anti-icing)和耐腐蚀等工业领域的应用潜力,为功能性金属表面设计提供了新思路。

  

激光加工后金属表面润湿性转变方法

Abstract
超疏水材料因其防水、防冰、减阻和耐腐蚀等特性,在制造、医疗和环保领域应用广泛。金属材料(如不锈钢、铝合金和钛合金)凭借优异的机械强度成为理想基材。激光纹理化技术能高效精准构建微纳米结构,但处理后金属表面通常呈亲水性,需通过后处理实现超疏水转变。

Introduction
金属表面超疏水性可通过接触角(CA)量化:CA>150°且滚动角<10°为超疏水状态。自然界中荷叶等生物表面通过微纳米结构和特殊化学组成实现疏水,而人工制备方法包括激光纹理化、化学处理等。激光加工后的金属表面需结合后处理技术才能实现超疏水性,但目前研究多聚焦激光参数,对后处理方法的系统分类较少。

Laser texturing techniques
表面润湿性理论基于Young模型(理想光滑表面)、Wenzel模型(粗糙表面)和Cassie-Baxter模型(气液复合界面)。激光纹理化通过调控表面形貌(如沟槽、孔洞)改变粗糙度因子r,结合化学改性实现CA优化。

Natural aging
以316L不锈钢为例,未处理表面含Fe、Cr等元素,呈亲水性。根据Wenzel公式cosθw=rcosθ,粗糙度r增大可增强固有润湿性。自然老化过程中,空气中碳氢化合物吸附导致表面能降低,CA逐渐增大至超疏水状态。

Applications of superhydrophobic surface
超疏水表面的低滚动角使水滴易携带污染物滚落,实现自清洁;气垫效应减少固液接触面积,显著降低流体阻力(drag reduction);表面微结构抑制冰晶成核,提升防冰(anti-icing)性能;疏水层阻断电解液渗透,增强耐腐蚀性。

Conclusion and outlook
未来研究可探索环境友好型后处理工艺,开发多尺度结构协同设计,并拓展超疏水金属在生物医疗(如抗菌表面)和能源领域(如太阳能板防污)的应用。

(注:全文严格基于原文内容缩编,未新增观点或数据)

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