Texturing via laser al femtosecondo di SS321 e Al5251: effetto dei parametri di processo sulle proprietà superficiali

Abstract

La presente tesi, svolta presso la Dublin City University (IRL) ha esplorato il texturing superficiale di due diversi materiali, SS321 e Al5251, attraverso l’uso di un laser a femtosecondi. Utilizzando l'approccio Design of Experiment, è stata condotta un'indagine sistematica per comprendere l'influenza dei parametri chiave del processo, tra cui la potenza del laser, la velocità di scansione, la distanza dell’ablazione e l'angolo del modello sulle caratteristiche della superficie. L'obiettivo primario era valutare i cambiamenti risultanti nella bagnabilità, con particolare attenzione al raggiungimento dell'idrofilia e, in particolare, della super-idrofilia. Una volta ottimizzata la testurizzazione laser, è stata condotta un'ampia campagna sperimentale, comprendente la profilometria per quantificare la rugosità superficiale, la microscopia elettronica a scansione per l'analisi microstrutturale e la spettrometria per approfondire le proprietà ottiche delle superfici. Sono stati ottenuti risultati convincenti, che dimostrano un comportamento super-idrofilo per i campioni selezionati. I risultati ottimali sono stati ottenuti con angoli di contatto con l'acqua di 3° per SS321 e 4° per Al5251. Le superfici super idrofile ottenute sono molto promettenti per applicazioni in vari settori, tra cui una migliore fluidodinamica, rivestimenti anti-appannamento e una migliore adesione. Questa ricerca fornisce preziose informazioni sul texturing superficiale controllato tramite laser a femtosecondi di diversi materiali e offre una comprensione completa dei conseguenti cambiamenti di bagnabilità, aprendo la strada a progressi pratici nell'ingegneria delle superfici.

This work, carried out at Dublin City University (IRL) explored the surface texturing of two distinct materials, SS321 and Al5251, through femtosecond laser processing. Employing the Design of Experiment approach, a systematic investigation was conducted to understand the influence of process key parameters, including laser power, scan speed, hatch distance, and pattern angle on the surface characteristics. The primary objective was to assess the resulting changes in wettability, with a focus on achieving hydrophilicity and, notably, superhydrophilicity. Once optimized laser texturing, an extensive experimental campaign was conducted, including profilometry to quantify surface roughness, scanning electron microscopy for microstructural analysis, and spectrometry to delve into optical properties of the surfaces. Compelling results were found, demonstrating super hydrophilic behavior for selected samples. The optimum outcomes were achieved with water contact angles of 3° for SS321 and 4° for Al5251. The obtained super hydrophilic surfaces hold significant promise for applications in various industries, including enhanced fluid dynamics, anti-fogging coatings, and improved adhesion. This research contributes valuable insights into the controlled femtosecond laser surface texturing of different materials and offers a comprehensive understanding of the resulting wettability changes, paving the way for practical advancements in surface engineering.