【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及防覆冰，特别是一种金属表面自清洁防覆冰结构及其制备方法。
技术介绍
1、结霜是指在低于冰点的温度下，温度较低的小水滴接触到固体表面时，形成冰晶沉积在物体表面的一种自然现象。这种现象在温度较低的环境中普遍存在。在寒冬季节、高海拔地区以及地球的两极，当水滴接触到飞机、船舶、输油输气管道、电力设备等重要工业设施的表面时，可能会结冰，从而给这些设施带来严重的危害。寻找有效的防覆冰方法变得尤为重要。目前传统的除冰技术主要包括电加热除冰、机械物理除冰、超声波震荡除冰以及添加化学除冰剂等。然而，这些方法存在能源消耗高和设备复杂等问题，防覆冰表面在此背景下诞生了。金属材料作航空航天，工业生产中的常用材料，提高其防覆冰性能为了国内外研究热点。
2、近年来，研究人员提出多种技术来解决金属表面结冰的问题，包括激光加工，化学刻蚀和涂层技术等。如西南科技大学团队利用飞秒加工技术在铝合金表面制备具有光热性能的防冰结构，接触角高达158°，滚动角4°，结冰时间为2400s，具有良好的防冰效果。广东工业大学团队在tc4表面构建不同粗糙度的微结构，结合氟化处理和注油润滑，研究表面润湿性对防冰性能的影响，获得接触角为109°，滚动角为2°的表面，结冰时间为45s。安徽工业大学团队以低碳钢为基底，通过电沉积技术制备zn-ni合金，在利用硝酸铝和碳酸钠配比的溶液进行水热反应，最后采用豆蔻酸-乙醇溶液进行表面修饰，获得接触角为160°，滚动角为5°的防冰表面，结冰时间为194s。重庆大学工程热物理研究所利用模版法，将ti2o3粉末和聚二甲基硅氧
3、因此，迫切需要开发一种高效的制造方法，在延长结冰时间的同时降低冰粘附强度，全面提高防覆冰性能，同时具有耐磨损性能，提高结构的耐久性和稳定性，以克服这些挑战并实现更广泛的应用。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种金属表面自清洁防覆冰结构及其制备方法，直接在金属表面构建防覆冰结构，避免了涂层面临的易于脱落的问题，同时也避免了多个制备技术叠加所导致的晶格失配所引起的结构不稳定的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
3、本专利技术的第一个目的是要提供一种金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、利用双光束激光干涉直写系统，在金属表面制备微米-亚微米级周期性沟槽结构；
5、s2、利用离子溅射技术在微米-亚微米级周期性沟槽结构表面镀厚度为600nm-1400nm的铜膜，然后置于470℃石英管式炉热处理4h后降至室温，在微米-亚微米级周期性沟槽结构表面生成含铜纳米草结构；
6、s3、用1wt.％1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇双元溶液对获得的含铜纳米草结构进行氟化处理8小时，然后使用去离子水清洗，烘干即得金属表面自清洁防覆冰结构。
7、优选地，所述步骤s1中，双光束激光干涉直写系统的干涉光束入射角为1.89°，空间角中心对称，偏振态te-te，干涉光束光强能量密度比为1：1；制备的微米-亚微米级周期性沟槽结构的尺寸为100nm-16μm，周期为16μm。
8、优选地，所述步骤s2中，热处理时在450s内将石英管式炉的温度升至470℃。
9、优选地，所述步骤s2中，含铜纳米草结构的特征尺寸40nm-100nm，铜含量为65％-71％。
10、优选地，所述步骤s3中，烘干是于120℃恒温烘箱中烘干2小时。
11、本专利技术的第二个目的是要提供一种利用上述方法制备的金属表面自清洁防覆冰结构。
12、与现有技术相比，本专利技术基于激光干涉直写技术，将微米-亚微米级结构与铜元素相结合，利用双光束干涉直写技术一步制备微米-亚微米级结构，结合离子溅射技术和高温退火技术在构建跨尺度微纳结构的同时掺杂铜，在微米-亚微米级结构表面生成含铜纳米草结构，获得含铜微米-亚微米-纳米三级结构，通过增加固/液间空气层厚度和稳定性，减小固/液接触面积，提高自清洁能力，接触角可达到171.1°，滚动角低至2.1°，结冰时间延长至5421s，结冰粘附力低于23.15kp，同时，含铜三级结构可以有效降低表面摩擦系数增加磨损颗粒的收集能力，耐磨损性能提高至少30％。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，双光束激光干涉直写系统的干涉光束入射角为1.89°，空间角中心对称，偏振态TE-TE，干涉光束光强能量密度比为1：1；制备的微米-亚微米级周期性沟槽结构的尺寸为100nm-16μm，周期为16μm。
3.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，热处理时在450s内将石英管式炉的温度升至470℃。
4.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，含铜纳米草结构的特征尺寸40nm-100nm，铜含量为65％-71％。
5.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，烘干是于120℃恒温烘箱中烘干2小时。
6.一种如权利要求1-5任一所述的方法制备的金属表面自清洁防覆冰结构。
【技术特征摘要】
1.一种金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，双光束激光干涉直写系统的干涉光束入射角为1.89°，空间角中心对称，偏振态te-te，干涉光束光强能量密度比为1：1；制备的微米-亚微米级周期性沟槽结构的尺寸为100nm-16μm，周期为16μm。
3.根据权利要求1所述的金属表面自清洁防覆冰结构的制备方法，其特征在于，所述...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。