【摘 要】
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在航空领域,飞机结冰不仅会造成很大的经济负担,更重要的是对飞行安全产生严重的威胁。研究表明,疏水性材料表面具有良好的抑冰效果,而构建材料表面微结构可以实现表面疏水。激光加工诱导微结构表面因其加工效率高、方法简单等优点在众多微结构制备技术中脱颖而出,利用激光诱导钛合金制备周期性微纳结构解决飞机结冰问题成为目前研究的一个重要方向。本文首先采用激光加工技术(包括飞秒激光和纳秒激光)对钛合金表面进行激光加
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在航空领域,飞机结冰不仅会造成很大的经济负担,更重要的是对飞行安全产生严重的威胁。研究表明,疏水性材料表面具有良好的抑冰效果,而构建材料表面微结构可以实现表面疏水。激光加工诱导微结构表面因其加工效率高、方法简单等优点在众多微结构制备技术中脱颖而出,利用激光诱导钛合金制备周期性微纳结构解决飞机结冰问题成为目前研究的一个重要方向。本文首先采用激光加工技术(包括飞秒激光和纳秒激光)对钛合金表面进行激光加工,然后在空气中静置一段时间。从三维形貌、表面粗糙度和微观结构系统表征了不同扫描速度和重复频率下的钛合金的表面形貌,重点探索了激光加工参数对钛合金微结构形貌和尺寸变化的影响规律,为后续浸润性分析提供了理论基础。其次,对不同加工参数下的钛合金表面检测并分析了浸润性,研究不同加工参数对所加工钛合金表面浸润性的影响。实验结果表明:激光扫描速度越大,光斑重叠率越小,激光的累积效应越弱,表面粗糙度越小;激光重复频率越大,脉冲能量密度越小,材料的烧蚀作用越弱,表面粗糙度越小。飞秒激光加工的表面接触角随扫描速度的增大先增大后减小,纳秒激光加工的表面接触角随扫描速度和重复频率的增大而减小。最后,对不同表面的抑冰、抑霜性能进行评价,分别从液滴冻结时间、冻结速率、霜层高度、覆盖率和质量来评价材料表面的抑冰抑霜效果。结果表明:飞秒激光实验中,扫描速度为2000 mm/s的钛合金表面抑冰抑霜效果最好;纳秒激光实验中,扫描速度为750 mm/s和重复频率为50 k Hz的钛合金表面抑冰抑霜效果最好。
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