激光加工表面微觀形貌與疏水特性研究.pdf

1、在自然界中，很多動植物存在具有特殊微觀形貌的疏水性表面，這些生物體表面所展現出的潤濕特性已經成為生物醫(yī)用領域的研究熱點，而鈦合金由于具有良好的抗腐蝕性和生物相容性成為了目前廣泛應用的生物醫(yī)用材料，通過在鈦合金基底上構建仿生微觀形貌能夠實現其表面潤濕性由親水性到疏水性的轉變。在鈦合金表面上，基于激光加工的微結構成型技術具有柔性好、成本低、可重復率高等優(yōu)點，工業(yè)化應用前景廣闊。
　　本文使用了常規(guī)的光纖脈沖激光器加工鈦合金表面，通過調

2、整加工工藝參數（輸出功率、脈沖頻率、脈沖寬度以及掃描速度）改變輸出激光的功率密度，從而在鈦合金表面上獲得具有不同截面輪廓深度和寬度的單溝槽結構?；趩螠喜劢Y構加工工藝實驗研究，進一步在鈦合金表面上構建具有不同微結構尺寸的平行溝槽結構，采用針描法對鈦合金表面激光加工后的截面輪廓進行測量與分析，從統(tǒng)計學角度采用簡化的間斷三角波表征截面輪廓。結合熱力學理論和系統(tǒng)最小自由能理論，本文提出了具有間斷三角波形截面輪廓的平行溝槽表面上氣-液-固三相系

3、統(tǒng)熱力學狀態(tài)模型，并建立了瞬間接觸角與系統(tǒng)自由能的關系方程。采用氟硅烷對激光加工后的鈦合金表面進行改性處理，分別從平行和垂直于紋理方向對各試樣表面改性處理前后的靜態(tài)接觸角、前進角以及后退角進行測量。實驗結果表明：通過激光加工方法制備的微米級平行溝槽表面具有明顯的各向異性疏水特性但接觸角滯后很大；在硅烷化處理后，各試樣表面均具有明顯的各向同性超疏水特性且接觸角滯后很小，出現上述現象的主要原因是不同微結構尺寸與化學成分下的能量壁壘與潤濕狀態(tài)

4、不同。通過編程獲得三相接觸線在平行溝槽表面上任意位置時瞬時接觸角與標準化自由能之間的關系曲線，結合實驗結果與模型分析結果驗證理論模型的正確性。
　　綜上所述，通過分析不同微結構尺寸和化學成分條件下鈦合金表面接觸角及其滯后的變化規(guī)律，明確了平行溝槽表面輪廓形貌所導致的能量壁壘與表面化學成分所影響的潤濕狀態(tài)是鈦合金表面潤濕特性的主要影響因素，并通過分析平行溝槽表面上氣-液-固三相系統(tǒng)熱力學狀態(tài)模型，理論解釋了鈦合金表面由親水性轉變?yōu)槭?/p>