[發(fā)明專利]一種控制液滴定向彈跳的取向性表面制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010963400.8
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112222766A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊益;李國強(qiáng);張亞斌;蔡勇;肖林;何旭堯;楊朝龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C23C22/02
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發(fā)明公開了一種控制液滴定向彈跳的取向性表面制備方法，屬于精密機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1.將鋁合金基體進(jìn)行超聲清洗，得到表面潔凈的鋁合金基體；S2.利用中走絲精密線切割機(jī)床在鋁合金基體表面加工取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)；S3.利用激光在取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行加工，獲得取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)表面分布有納米絮狀結(jié)構(gòu)的鋁合金基體；S4.將構(gòu)筑完成的鋁合金基體再次進(jìn)行清洗，清洗后干燥；S5.將干燥后的鋁合金基體進(jìn)行低表面能改性處理，取出干燥，獲得具有超疏水表面的鋁合金基體。制作方法簡單，制備過程精確可控，制備的結(jié)構(gòu)較為簡單、成本低廉，可實(shí)現(xiàn)對液滴彈跳方向的精確控制，達(dá)到金屬表面主動防冰的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制液滴定向彈跳的取向性表面制備方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)在飛行過程中，其迎風(fēng)表面會聚集冰層，發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。當(dāng)過冷水滴撞擊飛機(jī)表面，會在其表面結(jié)冰。過冷水滴是指在零度以下仍為液體的水滴，當(dāng)與飛機(jī)發(fā)生碰撞時(shí)，會迅速在飛機(jī)表面結(jié)冰，且該類冰層具有較高的附著力。當(dāng)飛機(jī)尾翼、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、雷達(dá)等重要航空部件發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)，會對飛行安全造成巨大的威脅。

目前常用的除冰方法有電熱除冰和電脈沖除冰。雖然電熱和電脈沖除冰是兩種相對成熟的飛機(jī)尾翼除冰技術(shù)，并且已有具體工程化應(yīng)用，但是電熱除冰電能消耗大、過加熱時(shí)會出現(xiàn)后流冰現(xiàn)象以及電脈沖除冰強(qiáng)烈的電磁干擾和對蒙皮有損傷，從而影響飛機(jī)的有效作業(yè)范圍以及服役壽命。

中國科學(xué)院江雷院士團(tuán)隊(duì)通過軟光刻與晶體生成的方法制備出一種表面具備彈性針的超疏水表面，并添加磁性材料以及通過外加磁場的方式，對彈性針的彎曲角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了液滴不同方向的彈跳。現(xiàn)有的研究大多都是通過磁控等外部手段來實(shí)現(xiàn)液滴的定向反彈，因此大大限制了適用場景。如何在不添加外部設(shè)施的情況下，實(shí)現(xiàn)液滴的定向彈跳，同時(shí)使液滴在與材料表面接觸時(shí)具有極端的接觸時(shí)間以及較小的擴(kuò)散面積，以上兩點(diǎn)是解決飛機(jī)表面防冰的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種控制液滴定向彈跳的取向性表面制備方法，提高除冰效率和降低除冰能耗，以解決傳統(tǒng)飛機(jī)單純電熱除冰技術(shù)存在較大能耗的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案為：一種控制液滴定向彈跳的取向性表面制備方法，包括以下步驟：

S1.將鋁合金基體進(jìn)行超聲清洗，得到表面潔凈的鋁合金基體；

S2.利用中走絲精密線切割機(jī)床在鋁合金基體表面加工取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)；

S3.利用激光在取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行加工，獲得取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)表面分布有納米絮狀結(jié)構(gòu)的鋁合金基體；

S4.將構(gòu)筑完成的鋁合金基體再次進(jìn)行清洗，清洗后干燥；

S5.將干燥后的鋁合金基體進(jìn)行低表面能改性處理，取出干燥，獲得具有超疏水表面的鋁合金基體。

作為進(jìn)一步可選方案，所述S1中，鋁合金基體的長×寬×高為2cm×2cm×0.3cm。

作為進(jìn)一步可選方案，所述S1中，鋁合金基體清洗后在90℃的真空干燥箱中干燥10min。

作為進(jìn)一步可選方案，所述S2中，線切割機(jī)床的加工參數(shù)為：加工電流3A，脈沖寬度22UA，脈沖間隙10μs，功率輸出8只，切割速度90mm²/min。

作為進(jìn)一步可選方案，所述S3中，激光的激光光束入射方向垂直于鋁合金基體取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)的表面,激光光束在鋁合金基體取向性非對稱齒形結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行平行線掃描。

作為進(jìn)一步可選方案，激光的光斑直徑為15μm，脈沖能量為40MW,掃描速度為15mm/s,掃描線間距為20μm。