1.一种在工件表面制备微纳二维结构的加工方法,利用激光束烧蚀和电化学沉积同时在工件表面产生微米-纳米二维结构,获得零部件表面的超疏/亲水功能;其特征在于,激光器发出的激光束经过光路传输系统和凸透镜的聚焦,辐照在工件基板(13)表面,在工件基板(13)表面烧蚀出微米级结构;同时,直流电源正极、负极分别接工具阳极(11)和工件基板(13),接通电源,保持工具阳极(11)正对激光烧蚀区域,采用电化学的方法在微米结构上沉积出纳米级结构。
2.根据权利要求1所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工方法,其特征在于,包括如下步骤:
绘制运动路径模型,并输入到计算机(1)中;
对工件基板(13)进行表面预处理;
将工件基板(13)固定在工作槽(16)中,工具阳极(11)接直流脉冲电源(2)正极,并由工作手臂夹持放置于工件基板(13)上方,工件基板(13)与直流脉冲电源(2)负极相连,使工件基板(13)及工具阳极(11)下端浸没于沉积液中,通电时,工件基板(13)与工件阳极(11)在沉积液内构成电化学回路;
将工作槽(16)安装在运动平台上,调节x-y-z三轴运动平台(5)的高度,使激光聚焦于工件基板(13)表面;
开启微型泵(8)进行循环换液,保证工作槽(16)中溶液的浓度均匀;
开启直流脉冲电源(2),沉积液中的带电金属离子在工件基板(13)表面发生电化学还原反应,同时开启脉冲激光器(18),激光束(19)与电沉积脉冲电流同步辐照在沉积部位,实现激光与电沉积的同时加工;
根据所设定的运动路径,通过运动控制器(4)控制x-y-z三轴运动平台(5),对工件基板(13)进行持续加工,实现微米-纳米二维结构的同步快速加工。
3.根据权利要求1所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工方法的加工装置,其特征在于,包括激光辐照系统、加工系统和控制系统;
所述激光辐照系统包括脉冲激光器(18)、反射镜(14)、聚焦透镜(15);激光由脉冲激光器(18)发出,经反射镜(14)改变传输方向,再通过聚焦透镜(15)聚焦,聚焦后的激光束(19)辐照在工件基板(13)上;
所述加工系统包括直流脉冲电源(2)、工作槽(16)、工件基板(13)、工具阳极(11)、x-y-z三轴运动平台(5);所述工作槽(16)设置于x-y-z三轴运动平台(5)上;所述直流脉冲电源(2)的正极与工具阳极(11)相连,负极与工件基板(13)相连;工件基板(13)及工具阳极(11)的下端浸没于沉积液中,工件基板(13)与工件阳极(11)在沉积液内构成电化学回路;所述工具阳极(11)由x-y-z三轴运动平台(5)的工作手臂夹持;
所述控制系统包括计算机(1)和运动控制器(4),所述计算机(1)控制脉冲激光器(18)、直流脉冲电源(2)和运动控制器(4);所述运动控制器(4)控制x-y-z三轴运动平台(5)。
4.根据权利要求3所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,对所述工具阳极(11)侧壁绝缘,工具阳极(11)为不溶性金属丝。
5.根据权利要求4所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,通过绝缘玻璃管(12)对所述工具阳极(11)进行侧壁绝缘。
6.根据权利要求3至5任一项所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,工具阳极(11)设置于工件基板(13)上方0.5~1.5mm处。
7.根据权利要求3所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,加工装置还包括工作液循环系统,所述工作液循环系统包括储液槽(6)、微型泵(8)、过滤器(7)和节流阀(9);所述微型泵(8)、过滤器(7)、节流阀(9)串联在回路中,储液槽(6)与微型泵(8)输入端相连,工作槽(16)与过滤器(7)相连;所述节流阀(9)一端与工作槽(16)相连,另一端与储液槽(6)相连。
8.根据权利要求3所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,所述加工系统中还包括示波器(3);所述直流脉冲电源(2)和示波器(3)相连。
9.根据权利要求3所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,所述脉冲激光器(18)为纳秒脉冲激光器或者皮秒脉冲激光器。
10.根据权利要求3所述的在工件表面制备微纳二维结构的加工装置,其特征在于,沉积液液面高于工件基板(13)2~10mm,沉积液温度为30~50℃;直流脉冲电源(2)电压可调为0~20V,频率与激光参数一致,占空比为0~80%。