本文依据冰形核、润湿性与传热相关理论,以铝合金为基底材料,设计与加工了四种微结构表面,并对加工参数进行了优化,探究了微结构形态与几何尺寸对表面特性的影响规律,以及微结构形态、几何尺寸与表面特性对铝合金表面覆冰性能的影响,并对表面防覆冰机理进行了分析,最后测试了微结构表面的稳定性与耐用性。研究结果表明,在加工的几何尺寸与形态范围内,微结构表面均超疏水或者接近超疏水,且具有优良的防覆冰性能。微结构几何尺寸与形态对表面特性与覆冰性能均有不同程度的影响。微结构表面特性的研究表明,相同理论接触面积的不同微结构表面特性相近。表面润湿性主要受微结构宽度和间距影响。受液滴与材料表面固液接触面积分数和状态的影响,表面静态接触角与微结构宽度呈负相关,且随着间距的增加,静态接触角先增后减;受“针扎效应”、“自锁效应”与固液接触面积的影响,滚动角与微结构高度、宽度与间距呈正相关,水滴粘附性随微结构宽度与间距的增大而增强;微结构形态与几何尺寸导致了热传导热阻、传热面积与表面传热距离的改变,但由于铝合金良好的导热性,试件自身热传导速率受几何尺寸与形态的影响较小。微结构表面覆冰性能的研究表明,表面的结冰时间与固液接触面积分数呈正相关,柱类结构表面结冰时间大于槽类结构。相同理论接触面积的T形结构表面延迟结冰时间更长。这是因为微结构形态和几何尺寸改变了固液接触面积与固液间截留空气层,减少了固-液间的热传递,增大了热阻,从而使水滴热能损失速率减慢,同时增大了形核的热力学势垒,延长了液滴的结冰时间;微结构表面的冰粘附强度主要受微结构宽度与间距影响。微结构宽度与间距改变了冰粘结面积,同时形成了“自锁效应”,在这两种因素作用下,表面的冰粘附强度随微结构宽度的增加而先减后增,且与微结构间距呈正相关;覆冰量与几何尺寸均呈现正相关,与滚动角与几何尺寸的影响规律一致。槽类结构覆冰量小于柱类结构,且相同理论接触面积的T形微结构表面覆冰量更小。微结构表面润湿性具有较好的环境稳定性,但在轻载摩擦试验下,微结构表面静态接触角小范围降低。结冰-融冰试验表明,微结构表面的静态接触角与结冰时间轻微降低,具有一定的耐用性。