[發明專利]一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面及制備方法

在審

• 申請號: 202010772968.1
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111846193A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 鐘敏霖;張紅軍;潘瑞
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B64C1/12
• 分類號: B64C1/12
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 王燦

1.一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，包括鋁合金基底，其特征在于，所述基底表面設置有呈矩陣排布的微米錐結構，所述微米錐表面分布有密集生長的納米片和由納米片組成的納米花簇；所述微米錐表面或在相鄰微米錐之間彌散分布有亞微米球和亞微米花中的一種或兩種。

2.根據權利要求1所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，其特征在于，所述微米錐為三維微米錐結構，所述三維微米錐的高度為20～90μm，底部直徑為30～60μm，周期為30～120μm。

3.根據權利要求2所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，其特征在于，所述亞微米花和亞微米球分別由納米片結構堆疊生長而成。

4.根據權利要求1或3所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，其特征在于，所述納米片為二維納米片，所述納米片的長度為10nm～1μm、寬度為1nm～500nm；所述納米花簇的直徑100nm～1μm；所述亞微米球和亞微米花的直徑為150nm～5μm。

5.根據權利要求4所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，其特征在于，所述二維納米片的成分為氫氧化鋁，所述亞微米球和亞微米花的成分為氫氧化鋁。

6.根據權利要求1所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面，其特征在于，所述基底表面還設置有低表面能涂層，所述低表面能涂層為全氟癸基三甲氧基硅烷或者月桂酸。

7.一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1、鋁合金基材表面的預處理：將切割后的基材，依次在無水乙醇和丙酮溶液中進行超聲清洗，使其表面平整光滑，并去除氧化層；

步驟2、鋁合金基材表面微米錐陣列結構的制備：利用高功率超快脈沖激光，在金屬表面進行選擇性圖案化燒蝕，使鋁合金基材表面形成密集且周期分布的三維微米錐結構；

步驟3、將密集且周期分布的三維微米錐結構表面的基底置于制備好的濕化學反應體系中，在微米錐表面和微米錐與微米錐之間生成亞微米球或亞微米花結構，從而形成由二級或三級復雜微納結構構成的鋁合金基底；

步驟4、將反應完成的鋁合金表面樣品立即放入沸水中蒸煮5-20min，使表面上的微納結構進一步穩定和固定在鋁合金基材上；

步驟5、表面化學改性處理：鋁合金表面樣品用酒精淋洗并吹干后，置于培養皿中，在馬弗爐中采用氣相沉積法進行氟化處理，處理溫度為60～120℃，處理時間為1～2小時；取出后置于室內冷卻，即得到所述由二級或三級微納結構組成的具有超低冰粘附強度的超疏水鋁合金表面。

8.根據權利要求7所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面制備方法，其特征在于：在步驟3中，所述濕化學反應體系，溫度為80～100℃，反應時間為1～60min；溶液為摩爾濃度為0.02～0.5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液。

9.根據權利要求7所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面制備方法，其特征在于：在步驟2中，所述超快脈沖激光為皮秒或飛秒激光。

10.根據權利要求7所述的一種超疏水抗結冰航空鋁合金表面制備方法，其特征在于：步驟5中，所述氟化處理采用的氟化劑為全氟癸基三甲氧基硅烷或者月桂酸。