在海洋装备中,与海洋微生物附着有关的材料腐蚀破坏占涉海材料总量的70-80%。因此,海洋微生物污损问题是海洋国防、海洋资源开发过程中最亟需解决的难题之一。随着我国海洋装备结构轻量化、航天设施沿海化的发展,铝合金材料在高湿、高盐的复杂海洋环境中应用越来越广泛,如:高速高运载能力的运输舰船身、海洋直升机起降平台支架、大运载火箭壳结构以及舰载武器底座等。本文面向铝合金在渤海水环境服役后,表面产生的海洋微生物膜层腐蚀问题,开展了激光清洗处理铝合金表面海洋微生物膜层的研究,即激光清洗去除海洋微生物膜层污损和抑制海洋微生物附着生长。实现了海洋微生物膜层的烧蚀剥离清洗去污,此外在铝合金基材表面形成的特殊微纳结构额外赋予了表面抗菌效果,为铝合金在海洋环境中的可持续循环服役提供防污能力。本文研究结果为激光清洗技术应用于铝合金表面海洋微生物膜层的去污防污提供了研究基础。为了解决海洋微生物膜层在铝合金表面的污损腐蚀问题,首先研究了生长在铝合金表面的海洋微生物膜层主要组成,为连续大面积分布的平整胞外聚合物（EPS层）和随机分布的椭圆形藤壶基片。其次研究了海洋微生物膜层的激光清洗特性。采用纳秒级高频脉冲的光纤激光清洗方法,成功实现了铝合金表面海洋微生物膜层的清洗去除。清洗贴近基材表面最后一层膜层的优化工艺参数为:脉冲宽度30 ns,脉冲频率20 k Hz,扫描速度4 m/s。激光清洗后基材表面的Al元素含量为～90 wt.%。波长为1064 nm的纳秒脉冲光纤激光对于构成蛋白质、多糖、油脂等分子键的清洗去除无选择性。基材表面的残留微粒为无机盐（Na盐、Ca盐和Cl盐）和多种氧化物。最后建立了膜层厚度与其清洗去除所需激光能量密度之间的关系,获得海洋微生物膜层的激光清洗阈值为1.21J/cm~2,铝合金基材损伤阈值为5.5 J/cm~2。激光清洗海洋微生物膜层的工艺范围为1.5-5.5 J/cm~2,其清洗表面的粗糙度为0.46-0.53μm,基材损伤厚度控制在≤3μm,激光清洗效率≤70×10-6 m~3/h。激光清洗后的基材表面经疏水化处理,具备超疏水或强疏水能力,高倍SEM下观察到基材表面分布尺寸为～60-100nm的纳米颗粒,为再次服役的铝合金表面提供了防污可行性。为了揭示海洋微生物膜层从铝合金表面的清洗去除机理,首先采用高速摄像仪观察了激光清洗海洋微生物膜层的羽辉形貌、EPS层与藤壶基片的烧蚀、剥离、飞溅等物理现象。激光清洗海洋微生物膜层过程中,清洗表面上方产生有机物蒸汽（脂质、磷脂、蛋白质和无机盐蒸汽等）、等离子体与飞溅物,共同组成羽辉。EPS层被激光清洗时,烧蚀轮廓边缘过渡台阶明显,飞溅物细碎。当激光能量密度较小（1.38 J/cm~2）时,藤壶基片整片翘起剥离,在冲击波作用下高速旋转飞出;当激光能量密度较大（4.14 J/cm~2）时,基片被整齐裁剪,飞溅物细碎。因此,EPS层和藤壶基片的激光清洗去除机制分别为烧蚀气化和冲击波剥离。其次采用光纤光谱仪研究了等离子体的粒子成分,从微观层面描述了膜层粒子的运移转化规律,为多光子吸收导致的生物大分子单链（氨基乙酸、葡萄糖糖、尿嘧啶、磷酸甘油酯等）断裂产生大量C、H、O和N等原子,然后这些原子被光子电离继续产生离子,电子与离子激发和复合的运移转化规律。最后采用Comsol软件数值模拟了激光加热EPS层的直接气化过程,间接证明了EPS层的清洗机理为激光烧蚀气化;计算了不同参数下冲击波压强大小,与藤壶基片弯曲/抗拉强度对比,结果与基片的动态行为相吻合,证明了藤壶基片在冲击波作用下被剥离和击碎的清洗机理。基于激光清洗后基材表面已获得的微纳尺度物理结构,采用化学处理方法制备了不同功能的材料表面,即超亲水、超疏水和超滑三种表面,来达到清洗去污后铝合金表面防污的目的。通过14天动态环境菌液润湿性测试、抗SRB细菌黏附测试,研究不同功能表面的抗菌能力与生长抑制机理。超滑表面的润湿稳定性最好,疏水角度几乎保持不变;超亲水表面变为一般亲水状态,最终接触角为>～40°;超疏水表面变为一般疏水状态,气液面积比例大幅下降。最优异的抗菌表面为超滑表面,其海洋细菌黏附数量为1.89×10~3/mm~2,较初始铝合金表面的细菌黏附密度下降3个数量级。超亲水表面的抗菌防污机理为:铝纳米结构和细菌细胞壁之间的静电力与细胞重力的共同作用,使细胞壁发生弹性变形。破坏了肽聚糖的结构,导致细胞壁被扎破穿孔。这种绿色的杀菌机制不会引起细菌的耐受性变化或遗传变异。超疏水表面抗黏附防污机理为:储存在纳米结构之间的空气层支撑起细菌细胞,具有排斥细胞黏附材料表面的效果。超滑表面抗黏附防污机理为:纳米结构表面流动的类液体油膜,无法为细菌细胞提供牢固的附着位点,细胞经历接触→移动→滑出的过程,最终脱离材料表面。