钛是上个世纪中期发展起来的一种非常重要的结构金属,因其具有很多的优良性能而广泛应用于机械、医疗和军工等领域。通过一些传统的表面处理技术可以对钛的相关表面性能进行改性以提高它的应用价值。近几十年来,超快激光作为一种新的表面处理技术得到了研究人员的关注。飞秒激光因为其脉冲持续时间短、峰值功率高以及热影响区域小等,可显著提高微加工质量和精确度。通过飞秒激光刻蚀或热氧化的方法制备具有功能性微纳结构的钛表面,可以改善表面抗反射性、耐腐蚀性、疏水性等功能特性,对于拓展钛在太阳能、光电子器件、耐腐防污和航空航天等领域的应用有着重要的研究价值。本文的主要内容包括:1、利用飞秒激光在不同介质环境下刻蚀钛片表面,在无水乙醇和去离子水环境中分别得到了条纹和沟槽交互叠加的复合型结构及微凸起阵列这两种典型表面结构。用表面等离子体波理论和初始结构对后续光场的再调制作用解释了不同介质中表面微纳结构的形成机理,发现液体环境下微加工过程中气泡破裂所释放出的冲击波对于清晰结构的形成有重要作用。对微纳结构表面的抗反射性、耐腐蚀性和疏水性的测试表明,液体中激光刻蚀的Ti表面具有优异的表面性能。2、在箱式炉中对磁控溅射金膜后的Ti片进行了热氧化。结果表明,金颗粒催化下、以Ti基底为钛源、在空气环境下热氧化后钛片表面得到了顶部负载有金颗粒的纳米线、纳米球等结构。微纳结构随热氧化温度增高和热氧化时间加长倾向于生成纳米球,反之,易生成纳米线。经过热氧化后钛片表面成分发生变化,均转变为金红石型Ti O2。3、通过飞秒激光刻蚀与热氧化相结合的工艺,分别在钛片表面制备出带有纳米线或纳米球的微凸起复合型结构;发现随着飞秒激光能流密度的增大,复合型结构的分级更为明显;随着热氧化温度的增高和热氧化时间的加长,倾向于生成带有纳米球的微凸起阵复合型结构,反之,更倾向于生成带有纳米线的微凸起阵复合型结构。对经过复合工艺处理的Ti表面的抗反射性、耐腐蚀性和疏水性的测试表明,与只经过激光刻蚀的表面相比,其抗反射性虽然有一定减弱,但分级结构明显的复合微纳结构的疏水性和耐腐蚀性得到了进一步改善。