微结构几何参数对铝合金表面结冰性能的影响

摘要

目的制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响。方法以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试。结果制备的微结构表面超疏水或者近超疏水。微结构表面具有优异的抗结冰性能,且方柱结构表面的抗结冰性能优于沟槽结构表面。微结构高度的增加以及宽度的减小都会延迟水滴在微结构表面的结冰时间,且宽度的影响程度更大。结冰-融冰循环试验表明,微结构表面具有一定的稳定性。分析抗结冰机理可知,微结构表面的两级结构,形成了“气垫效应”,提高了表面疏水性,减小了固液接触面积;微结构高度增加、宽度减小以及形态由沟槽变为方柱,使传热热阻增大,传热面积减小,减缓了三相接触时液滴的热能损失,因此延长了结冰时间。结论电火花线切割加工方法在构建微结构的同时,提高了表面的疏水性,并且微结构几何参数不同程度地提高了表面的抗结冰性能,为探究新型抗结冰表面提供了一种新的思路。