铝合金表面多尺度微结构的构建及润湿性能研究

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1、学号：S15030273铝合金表面多尺度微结硕士学位论文构的构建及润湿性能研究铝合金表面多尺度微结构的构建及润湿性能研究杨研究生姓名：杨健健学科、专业：机械工程二○一八年六月分类号：TG54；TG661密级：可公开UDC：620编号：铝合金表面多尺度微结构的构建及润湿性能研究RESEARCHONDESIGNANDWETTABILITYOFMULTISCALEMICROSTRUCTURESONALUMINUMALLOY学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：机械工程（080200）研究方向：微纳技术申请学位级

2、别：硕士指导教师：弯艳玲研究生：杨健论文起止时间：2016.10-2018.03I摘要生物体表单尺度和多尺度微结构是实现超疏水表面的主要原因。因此，本文利用微铣削技术在铝合金表面加工单尺度微结构，利用微铣削与电火花线切割技术复合加工多尺度微结构，研究了不同加工方式下，加工参数对试件表面微结构形貌和尺寸的影响规律，并研究了微结构尺寸对疏水性能的影响，分析了微结构表面的疏水机理和稳定性机理。主要研究内容及结论如下：1、以生物体表疏水微结构为仿生对象，设计了沟槽与方柱阵列多尺度微结构，并采用能量法分析了尺寸参数对疏水性能的影响规律，结果表

3、明，二级微纳结构的疏水特性对实现超疏水表面至关重要，而一级结构深度能够提高水滴在Cassie-Baxter接触状态下的稳定性。采用正交试验方法对锯片铣刀的加工工艺参数进行了优化，得到最佳切削参数为主轴转速n=2000r/min，进给速度Vf=500mm/min，切削深度ap=30μm。2、微铣削技术构建的单尺度微结构实现了铝合金表面从亲水向疏水的转变。沟槽阵列结构表面接触角呈现各向异性，垂槽方向最大接触角为143.27°，平槽方向为110.25°。方柱阵列结构表面最大接触角为121.09°。水滴在单尺度微结构表面展现出了较强的黏附性

4、。多尺度微结构实现了铝合金表面从疏水向超疏水的转变，且降低了水滴在铝合金表面的黏附性。3、机理分析表明，铝合金表面粗糙度增加是单尺度微结构实现疏水性能的关键因素，而多尺度结构实现超疏水性能主要取决于多尺度结构效应，在多尺度微结构表面，水滴与微米级陨石坑结构的接触状态为Wenzel润湿模型，与纳米级结构接触状态为Cassie-Baxter润湿模型，与一级结构的接触状态处于Cassie-Baxter润湿模型向Wenzel润湿模型转化的一种过渡状态。4、稳定性测试结果表明，复合加工后的铝合金表面具有较好的环境适应性和一定的机械稳定性。关键

5、词：多尺度微结构润湿性微铣削电火花线切割IIABSTRACTSingle-scaleandmulti-scalemicrostructuresarethemainreasonsfortherealizationofsuper-hydrophobicsurfacefornaturalorganism.Therefore,single-scalemicrostructurewasfabricatedonthesurfaceofaluminumalloybyusingthemicro-millingtechnology,andmulti-

6、scalemicrostructurewasfabricatedbyusingcomplexmachiningofmicro-millingtechnologyandwirecutelectricaldischargemachining(WEDM)inthispaper.Theinfluenceofmachiningparametersofdifferentprocessingmethodsonthemorphologyandsizeofthesurfacemicrostructurewerestudied.Theeffectofm

7、icrostructuresizeonwettabilitywasstudied,andthehydrophobicstabilitywasanalyzed.Themainresearchcontentsandconclusionsareasfollows.1.Themulti-scalemicrostructuresofgrooveandsquarearrayweredesignedbasedonthehydrophobicmicrostructureofbiologicalsurface,andtheinfluencelawof

8、sizeparametersonhydrophobicperformancewasanalyzedbyusingenergymethod.Theresultsshowthatthehydrophobiccharacteristicso