铝合金表面微结构纳秒激光构建及防覆冰性能研究

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1、学号：S15030291姓名邱荣贤铝合金表面微结构纳秒激光硕士学位论文构建及防覆冰性能研究铝合金表面微结构纳秒激光构建及防覆冰性能研究姓名：徐研究生姓名：徐丽宁丽宁学科、专业：机械工程二○一八年六月分类号：TB34密级：可公开UDC：620编号：铝合金表面微结构纳秒激光构建及防覆冰性能研究RESEARCHONDESIGNANDANTI-FROSTPERFORMANCEOFMICROSTRUCTURESOFALALLOYSURFACEBASEDONNANOSECONDLASER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（08

2、0200）研究方向：微纳技术申请学位级别：硕士指导教师：弯艳玲研究生：徐丽宁论文起止时间：2016.10-2018.04长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文《铝合金表面微结构纳秒激光构建及防覆冰性能研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完

3、全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日导师签名：年月日摘要超疏水表面的防覆冰性能具有良好的应用前景，可用于电力输送、通信网络、航空、航海以及高铁运输等领域。本文结合纳秒激光技术，根据经典Cassie-Baxter理论，设计了仿

4、生沟槽结构，研究了纳秒激光对铝合金表面的作用机制。优化了仿生微结构的加工参数，其次，采用优化后的加工参数，通过一次和二次激光扫描在铝合金表面构建疏水结构，分析了加工功率、重复脉冲数目和扫描速度对表面微结构形貌、尺寸的影响规律；研究了微结构尺寸对材料表面润湿性的影响，探讨了试件表面润湿性机理，最后，对不同润湿状态的试件进行防覆冰和稳定性检测，采用图像处理的方法对结果进行定量分析。试验发现，微结构的宽度和深度与激光功率成正比，与扫描速度成反比，重复脉冲数目越大，微结构深度越深。沟槽微结构表面的接触角大小随着沟槽间距的增加，呈先增加后减小的变化趋势，且随着微结

5、构深度的增加，接触角表现为先减小后增加，而后又接着减小和增加的波动状态。一次纳秒激光扫描加工在铝合金表面形成了微米级沟槽和纳米级熔渣复合结构，提高了试件表面的疏水性。二次纳秒激光扫描加工产生的碗状和四棱锥结构使材料表面表现出超疏水性能，其主要原因是该结构能捕获更多的空气，使液滴与微米级结构呈Cassie模型接触，与纳米级结构呈Cassie模型或Wenzel模型接触，满足了双尺度Cw-Cn/Cw-Wn润湿模型。此外，纳秒激光加工过程由于氧化反应在材料表面生成的铝合金氧化物也是表面疏水性能改变的原因之一。超疏水铝合金表面并不能完全阻止表面的覆冰和覆霜，只能在

6、一定程度上延迟覆冰霜，超疏水表面、疏水表面、亲水表面的防覆冰霜性能依次降低；随着温度的降低，超疏水表面和疏水表面的防覆冰霜能力下降，且随着时间的增长，三种润湿表面的覆霜量趋于一致。结冰-融冰结果显示，采用纳秒激光加工的试件表面具有较稳定的防覆冰霜性能。关键词：纳秒激光图像处理碗状结构防覆冰润湿性IABSTRACTTheantiicingperformanceofsuperhydrophobicsurfacehasagoodapplicationprospectandcanbeusedinthefieldsofelectricpowertransmissi

7、on,communicationnetwork,aviation,navigation,andhighspeedrailtransportation.Inthispaper,basedonthenanosecondlasertechnology,thebionicgroovestructurewasdesignedaccordingtotheclassicalCassie-Baxtertheory,andthemechanismoftheeffectofnanosecondlaseronthesurfaceofthealuminumalloywasstu

8、died.Theprocessingparametersofthebiomime