鋁合金表面微結(jié)構(gòu)納秒激光構(gòu)建及防覆冰性能研究

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1、學(xué)號(hào)：S15030291姓名邱榮賢鋁合金表面微結(jié)構(gòu)納秒激光碩士學(xué)位論文構(gòu)建及防覆冰性能研究鋁合金表面微結(jié)構(gòu)納秒激光構(gòu)建及防覆冰性能研究姓名：徐研究生姓名：徐麗寧麗寧學(xué)科、專(zhuān)業(yè)：機(jī)械工程二○一八年六月分類(lèi)號(hào)：TB34密級(jí)：可公開(kāi)UDC：620編號(hào)：鋁合金表面微結(jié)構(gòu)納秒激光構(gòu)建及防覆冰性能研究RESEARCHONDESIGNANDANTI-FROSTPERFORMANCEOFMICROSTRUCTURESOFALALLOYSURFACEBASEDONNANOSECONDLASER學(xué)位授予單位及代碼：長(zhǎng)春理工大學(xué)（10186）學(xué)科專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)及代碼：機(jī)械工程（08

2、0200）研究方向：微納技術(shù)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士指導(dǎo)教師：彎艷玲研究生：徐麗寧論文起止時(shí)間：2016.10-2018.04長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的碩士學(xué)位論文《鋁合金表面微結(jié)構(gòu)納秒激光構(gòu)建及防覆冰性能研究》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：年月日長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完

3、全了解“長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意長(zhǎng)春理工大學(xué)保留并向中國(guó)科學(xué)信息研究所、中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)和CNKI系列數(shù)據(jù)庫(kù)及其它國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)長(zhǎng)春理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：年月日導(dǎo)師簽名：年月日摘要超疏水表面的防覆冰性能具有良好的應(yīng)用前景，可用于電力輸送、通信網(wǎng)絡(luò)、航空、航海以及高鐵運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。本文結(jié)合納秒激光技術(shù)，根據(jù)經(jīng)典Cassie-Baxter理論，設(shè)計(jì)了仿

4、生溝槽結(jié)構(gòu)，研究了納秒激光對(duì)鋁合金表面的作用機(jī)制。優(yōu)化了仿生微結(jié)構(gòu)的加工參數(shù)，其次，采用優(yōu)化后的加工參數(shù)，通過(guò)一次和二次激光掃描在鋁合金表面構(gòu)建疏水結(jié)構(gòu)，分析了加工功率、重復(fù)脈沖數(shù)目和掃描速度對(duì)表面微結(jié)構(gòu)形貌、尺寸的影響規(guī)律；研究了微結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)材料表面潤(rùn)濕性的影響，探討了試件表面潤(rùn)濕性機(jī)理，最后，對(duì)不同潤(rùn)濕狀態(tài)的試件進(jìn)行防覆冰和穩(wěn)定性檢測(cè)，采用圖像處理的方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行定量分析。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微結(jié)構(gòu)的寬度和深度與激光功率成正比，與掃描速度成反比，重復(fù)脈沖數(shù)目越大，微結(jié)構(gòu)深度越深。溝槽微結(jié)構(gòu)表面的接觸角大小隨著溝槽間距的增加，呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，且隨著微結(jié)

5、構(gòu)深度的增加，接觸角表現(xiàn)為先減小后增加，而后又接著減小和增加的波動(dòng)狀態(tài)。一次納秒激光掃描加工在鋁合金表面形成了微米級(jí)溝槽和納米級(jí)熔渣復(fù)合結(jié)構(gòu)，提高了試件表面的疏水性。二次納秒激光掃描加工產(chǎn)生的碗狀和四棱錐結(jié)構(gòu)使材料表面表現(xiàn)出超疏水性能，其主要原因是該結(jié)構(gòu)能捕獲更多的空氣，使液滴與微米級(jí)結(jié)構(gòu)呈Cassie模型接觸，與納米級(jí)結(jié)構(gòu)呈Cassie模型或Wenzel模型接觸，滿足了雙尺度Cw-Cn/Cw-Wn潤(rùn)濕模型。此外，納秒激光加工過(guò)程由于氧化反應(yīng)在材料表面生成的鋁合金氧化物也是表面疏水性能改變的原因之一。超疏水鋁合金表面并不能完全阻止表面的覆冰和覆霜，只能在

6、一定程度上延遲覆冰霜，超疏水表面、疏水表面、親水表面的防覆冰霜性能依次降低；隨著溫度的降低，超疏水表面和疏水表面的防覆冰霜能力下降，且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，三種潤(rùn)濕表面的覆霜量趨于一致。結(jié)冰-融冰結(jié)果顯示，采用納秒激光加工的試件表面具有較穩(wěn)定的防覆冰霜性能。關(guān)鍵詞：納秒激光圖像處理碗狀結(jié)構(gòu)防覆冰潤(rùn)濕性IABSTRACTTheantiicingperformanceofsuperhydrophobicsurfacehasagoodapplicationprospectandcanbeusedinthefieldsofelectricpowertransmissi

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

8、died.Theprocessingparametersofthebiomime