[发明专利]一种复合织构金属疏冰表面及其加工方法

说明书

本发明提供了一种复合织构金属疏冰表面及其加工方法，所述疏冰表面上设有防粘织构形貌；所述防粘织构形貌为若干均布在疏冰表面上的凸台；分布防粘织构形貌的所述疏冰表面上设有速脱织构形貌；所述速脱织构形貌为交错分布在具有防粘织构形貌的所述疏冰表面上的凹坑。所述凸台为方形锥台，所述方形锥台的侧面与疏冰表面圆弧过渡；所述凹坑的横截面为半椭圆形。本发明利用加工的所述跨尺度复合微造型织构使金属表面转变为疏冰面，降低表面覆冰时冰与表面的粘结力，达到防粘、速脱以及防浸润的功效。

技术领域

本发明涉及制冰领域，特别涉及一种复合织构金属疏冰表面及其加工方法。

背景技术

结冰是自然界一种常见的自然现象，但有时对人们的生产生活造成巨大灾难。2008年，我国南方遭遇了罕见的“冻雨”灾害，导致受灾地区高压输线电路以及塔架等覆冰、拉断以及倒塌。对电力、能源、通讯等领域造成了巨大的损失，严重影响了人们的正常生活。除了结冰的危害，在生活中人们也需要制冰，如今制冰系统的需求越来越大，其中脱冰技术尤为重要，但是当前的脱冰技术方案脱冰成本高、脱冰能耗高、冰块质量差以及空间占比大等亟待解决的问题。随着表面科学的发展，表面微织构技术的应用越来越成熟，在诸多领域包括亲水、超疏水和减摩等领域已经得到广泛应用。

现有技术提供了一种铝基材表面的疏冰改性方法，通过阳极氧化处理在铝基材表面形成多个微纳米级的孔洞，在铝基材表面制造出类似于荷叶表面的结构。但是该方法的阳极氧化处理采用的是硫酸溶液和化学修饰剂溶液，会造成环境污染，同时制造效率低、表面结构不可控并且对材料有一定的限制。

现有技术提供了一种黏弹性疏冰表面，在弹性基体中掺入有机凝胶颗粒珠形成黏弹性疏冰涂层，该疏冰涂层虽然降低了冰与表面的粘结力，但是该涂层工艺复杂，加工成本高，涂层与底材的粘附力强度有限，长时间工作易脱落，应用场合受限。

现有技术提供了一种仿秦岭箭竹叶防冰雪多层不等高微纳结构，多层微纳结构为阵列排布的柱状结构体、梭型结构体、乳突状结构体和柱状纳米结构组成，采用金属、无机非金属和聚合物等材料制备。该多层微纳结构减小了冰雪与表面的黏附强度，但是该防冰结构过于复杂，不易难度大、加工成本高，无法实现自动化。

现阶段人们对疏冰的研究主要在疏水的机理上进行的，当水滴在表面接触角90°时为疏水表面，当水滴在表面的接触角150°时为超疏水表面。进一步，当水的接触状态为Cassie或者Wenzel-Cassie时，水没有或者全部浸入表面织构中，水与织构表面之间形成一层“空气垫”，这些空气由表面的织构捕捉形成，此时为疏水；当水与表面的接触状态为Wenzel时，水完全浸入表面的微织构中，表面为亲水性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种复合织构金属疏冰表面及其加工方法，在分布有方形凸台的金属表面上，通过皮秒激光脉冲加工速脱织构形貌，两种织构耦合形成所述跨尺度复合织构。本发明通过调节表面的粗糙度，利用加工的所述跨尺度复合微造型织构使金属表面转变为疏冰面，降低表面覆冰时冰与表面的粘结力，达到防粘、速脱以及防浸润的功效。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种复合织构金属疏冰表面，所述疏冰表面上设有防粘织构形貌；所述防粘织构形貌为若干均布在疏冰表面上的凸台；分布防粘织构形貌的所述疏冰表面上设有速脱织构形貌；所述速脱织构形貌为交错分布在具有防粘织构形貌的所述疏冰表面上的凹坑。

进一步，所述凸台为方形锥台，所述方形锥台的侧面与疏冰表面圆弧过渡；所述凹坑的横截面为半椭圆形。

进一步，所述方形锥台的特征几何参数为：

所述方形锥台的顶部边长为l＝[300nm，5000nm]；

所述方形锥台的高度为h＝[150nm，10000nm]；