随着节约能耗和减少排量的要求逐渐提高,轻量化已经成为全球汽车行业发展的必然趋势。而铝和铝合金由于比重小、比强度高,具有良好的成形性能、力学性能、物理性能以及工艺性能,被广泛应用于航空航天、交通运输、海洋船舶等领域,特别是在汽车轻量化方面发挥了重要作用。然而,大部分汽车生产企业主要关注于铝合金表面的耐磨性、耐蚀性等使用性能,而忽视了对表面抗污自清洁性能的要求。近年来,随着对仿生工程学的研究不断深入,人们逐渐找到了一种克服这一难题的新方法。在大自然中,蚯蚓、蜣螂等动物体表的某些部位呈多尺度微观结构,这种特定结构减小了液体与动物体表的接触面积,增大了液体在体表的接触角,与某些植物叶面的“荷叶效应”的原理极其相似。这种“荷叶效应”实质上是表面形态、结构与材料的耦合,即表面蜡质材料和微观粗糙结构的协同作用使得生物体表具有抗污自清洁性能。因此,本文基于多元耦合仿生理论和自清洁理论,采用喷丸和电化学氧化技术制备铝合金抗污耐蚀自清洁表面,对于改善铝合金使用性能、加快铝合金在汽车轻量化方面的应用具有重要意义。具体研究内容如下:(1)本文首先对抗污自清洁表面的相关理论和模型进行研究,并选用Cassie模型作为制备铝合金抗污自清洁表面的基础模型。并对生物仿生相关理论和应用进行分析,指出进行多元耦合仿生,即在非光滑形态表面上再进行微纳米多层结构构建,最后再进行表面低能化处理,该理论是本文制备铝合金抗污自清洁表面的理论依据和参考。(2)运用喷丸工艺在铝合金表面塑造微米凹坑结构。研究了喷丸工艺参数对表面形貌、表面接触角、表面黏着能等表面性能的影响作用,并对工艺参数进行了优化,优化后铝合金表面的接触角和滚动角分别达到148.4°和2.5°。铝合金试件经喷丸和氟化处理后,虽然滚动角远小于10°,但接触角并没有达到150°,从而表明一元微米凹坑结构即使经过低能化处理,但没有达到理想的超疏水性能。(3)用电化学氧化方法在铝合金表面制备纳米珊瑚状结构。研究了电化学氧化工艺参数对表面形貌、表面接触角、表面黏着能等表面性能的影响作用,并对工艺参数进行了优化。优化后铝合金表面接触角为163.5°、滚动角为13°。铝合金试件经喷丸和氟化处理后,虽然接触角大于150°,但滚动角并没有降到10°以下,从而表明一元纳米珊瑚状结构即使经过低能化处理,也没有达到理想的超疏水性能。(4)将喷丸工艺和电化学氧化方法相结合,即在喷丸塑造的表面凹坑微米结构上再经电化学氧化处理,构造出珊瑚状纳米结构,最终形成微纳米双重复合结构。还对氟化修饰后的铝合金表面进行了微观形貌、水滴接触角、表面黏着能、硬度等性能进行了分析。铝合金试件经喷丸、电化学氧化和氟化处理后,接触角达到153°,同时滚动角降至5°。由于接触角和滚动角都能满足超疏水表面的要求,从而表明微纳米双重复合结构经过氟化修饰后,具有良好的抗污自清洁性能。同时表面EDS能谱分析与电化学测试结果表明,本文所制备的抗污自清洁表面,具有优异的耐蚀性能。