不锈钢表面复合微结构的冰摩擦性能

目的探究不锈钢表面复合微结构的冰摩擦性能。方法采用纳秒光纤激光器在不锈钢表面构建类莲藕型沟槽复合结构,并对不同润湿性、粘附性和摩擦速度下的冰摩擦性能进行了观测与分析。结果微米-亚微米级复合结构是不锈钢表面超疏水高粘附的主要原因,热处理消除了样件表面的时效性,化学修饰实现了超疏水由高粘附性到低粘附性的转换。温度的变化改变了水滴在样件表面的接触状态。在滑动速度为0~1mm/s、载荷为2N的条件下,随着滑动速度的增加,疏水性越好、粘附性越低的表面具有较小的摩擦系数,因为摩擦热产生的水膜形成了润滑层,使冰摩擦处于混合摩擦阶段,降低了摩擦阻力。但过多的水膜会形成大量毛细管桥,增大阻力。结论超疏水表面由于其独特的类莲藕复合结构,减小了材料的接触面积,降低了毛细管桥的积聚,从而降低了冰摩擦表面的平均摩擦系数。同时,低粘附性降低了表面与水的粘滞性,阻止了更多毛细管桥的形成,是影响冰摩擦系数的另一重要因素。

微纳复合沟槽形铝合金表面的结冰性能

为开发具有抗结冰性能的稳定性铝合金功能表面,采用高速电火花线切割加工技术(Wire cut electrical discharge machining,WEDM)在铝合金表面加工出沟槽形复合微结构,对其润湿性和结冰性能进行测试,并对机理进行分析。结果表明,铝合金表面构建的微纳复合微结构形成了"气垫"效应,减少了液滴与基底的接触面积,增加了液滴在材料表面的表观接触角。测试环境的温度和湿度由于分别改变了材料表面液滴的表面张力和液滴体积,从而改变了材料表面的润湿性。材料表面的润湿性对抗冰效果有重要影响,超疏水表面表现出优异的抗结冰性能,疏水表面次之。抗结冰机理分析发现,沟槽内微结构"捕获"的气体,减小了液滴与固体表面的实际接触面积,加大了液滴重心与冷表面间的距离,增大了形成冰核的热力学势垒,延长了结冰时间,使微结构表面具备一定的抗结冰效果。