超疏水铝合金表面的防覆冰和防黏附行为.pdf

第４３卷第９期—２０１５年９月第２５２９页材料工ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．９—Ｓｅｐ．２０１５ＰＰ．２５２９超疏水铝合金表面的防覆冰和防黏附行为——ＡｎｔｉｉｃｉｎｇａｎｄＡｎｔｉａｄｈｅｓｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＳｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈ０ｂｉｃＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＳｕｒｆａｃｅ晏忠钠，车彦慧，冯利邦，强小虎，刘艳花（兰州交通大学机电工程学院，兰州７３００７０）—————ＹＡＮＺｈｏｎｇｎａ，ＣＨＥＹａｎｈｕｉ，ＦＥＮＧＬｉｂａｎｇ，ＱＩＡＮＧＸｉａｏｈｕ，ＬＩＵＹａｎｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）摘要：通过硬脂酸的醇水溶液一步浸泡法成功获得超疏水铝合金表面，其水接触角可达１５６．２。，滚动角小于５。。利用接触角测试、扫描电镜、红外光谱观测、结冰实验与防黏附实验分别对超疏水铝合金表面的润湿性能、表面微结构、化学结“”构以及防覆冰和防黏附行为进行了研究。结果表明：所制得的超疏水表面是由微一纳多孔结构和疏水烃基长链所共同赋予的。正是由于其特殊的粗糙结构和化学组成，使得该超疏水表面表现出良好的防覆冰和防黏附行为。关键词：一步浸泡；铝合金；超疏水；防覆冰；防黏附—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．０９．００５中图分类号：ＴＢ３８３———文献标识码：Ａ文章编号：１００１４３８１（２０１５）０９００２５０５——Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈＯｂｉｃａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｕｒｆａｃｅｗａｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｖｉａａｏｎｅｓｔｅｐｉｍｍｅｒ———ｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｓｔｅａｒｉｃａｃｉｄａｌｃｏｈｏｌｗａｔｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｃａｎｒｅａｃｈ１５６．２。ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｌｉｄ—ｉｎｇａｎｇｌｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ５。．Ｔｈｅｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｔｉｉｃｉｎｇ，——ａｎｄａｎｔｉａｄｈｅｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＳＥＭ，ＦＴＩＲ，———ｆｒｅｅｚｉｎｇａｎｄａｎｔｉａｄｈｅｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏａｎｄｎａｎｏｓｃａｌｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｇｒａｆｔｅｄｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃａｌｋｙｌｌｏｎｇｃｈａｉｎｓｅｎｄｏｗｓｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ—ｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｊｕｓｔｇｒｏｕｎｄｅｄｏｎｔｈｅｐｅｃｕｌｉａｒｒｏｕｇｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈｅｍｉ—ｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｇｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｕｒｆａｃｅｐｏｓｓｅｓｓｅｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｎｔｉｉｃｉｎｇ—ａｎｄａｎｔｉａｄｈｅｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ．———Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｎｅｓｔｅｐｉｍｍｅｒｓｉｏｎ；ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ；ａｎｔｉｉｃｉｎｇ；ａｎｔｉａｄｈｅｓｉｏｎ在极端冰雪天气下，俄罗斯、加拿大以及我国南方地区的输电线路由于冰雪灾害而发生不同程度的坍塌，从而导致供电瘫痪，这给人们的日常生活和生产带来了极大的不便，并造成很大的经济损失［】］。目前，主要采用机械法和电加热法等主动除冰法来减缓或延迟结冰。但是常规的主动除冰方法不仅耗时耗力、耗能、效率低且成本昂贵，并不能从根本上解决这一问题［３］。因此，试图寻找一种更有效的办法来抑制或者延迟结冰过程，以期从根本上解决这一技术难题显“”得尤为重要。科研工作者对荷叶效应这一现象进行了大量的仿真和研究，发现超疏水表面具有良好的防覆冰性能，通过将输电线进行超疏水化，以使冰雪难以覆盖在电线表面的方法［５来抑制或延缓结冰，这不仅可以提高工作效率而且可以降低成本。因此，将铝合金输电线表面进行超疏水化来改善输电线路的防覆冰性能是一种很有效的方法［７．８］。另外，凭借其表面特殊的微结构、强疏水性和低黏附力，超疏水材料在自清洁、防污和防腐蚀等方面也具有广泛的用途＿ｇ。。。具有自清洁功能的超疏水表面可以在雨水、风力和重力的共同作用下将表面的灰尘等杂质带走，从而将表面清洗干净，免去人工清洁。例如，玻璃、陶瓷等建筑材料的自清洁，织物等的防水防污，机车和飞机蒙皮表面的涂装等［１。本工作将硬脂酸醇水溶液浸泡法ｌ＿１２］进行改进，通过一步浸泡法成功获得超疏水铝合金表面，其制备过程简单、环保，且无需特殊设备，获得的超疏水表面具有良好的防覆冰和防黏附性能。１实验１．１实验材料铝合金，牌号ＬＤ６０６３，东洋特钢（中国）有限公司；硬脂酸（ＳｔｅａｒｉｃＡｃｉｄ，ＳＴＡ），分析纯，上海中秦化学试剂有限公司；甲醇，丙酮，无水乙醇均为分析纯，国药集团上海化学试剂有限公司。