超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析

为制备超疏水铝合金表面,采用高速电火花切割技术在铝合金表面加工类水稻叶表面的沟槽结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观测材料表面形貌,采用接触角测量仪表征水滴在材料表面的疏水性和黏附性。结果表明： 铝合金表面形成了排列规则的微米级沟槽结构,沟槽突起和底部覆盖着微米级凹坑、突起物和纳米级错层等结构。铝合金试样表面的接触角由加工前的61.24°提高至157.71°,最大达165.36°,实现了材料表面亲水向超疏水的转变。提拉法表明加工的铝合金表面具有高黏附特性。将测得的接触角与CassieBaxter模型计算的理论值进行比较,发现试样表面的超疏水性是微米级和纳米级等复合结构共同耦合作用的结果。铝合金试样表面的多尺度结构不仅提高了材料表面的疏水性能,同时也形成了试样表面的高黏附特性。     

单晶硅表面微纳结构构建及其疏水性能分析（英文）

利用去除晶胞的方式在单晶硅100晶面的表面构建不同结构的光栅微纳结构及方柱阵列微纳结构,同时采用MD数值模拟方法,结合疏水结构模型,建立适用于光栅及方柱阵列微纳结构的结构模型,将理论接触角与仿真测量接触角对比并分析,从微观尺度上验证试验结果,得出两种结构参数对表面疏水性能的影响。研究结果表明:在去除一层晶胞的前提下,方柱阵列微纳结构的接触角为131°,其疏水性能更强。而结构参数在Cassie-Baxter模型条件前提下,疏水性能随着疏水结构间的间距宽度增加而增大,随疏水结构宽度增大而减小。     

单晶硅表面微纳结构构建及其疏水性能分析

利用去除晶胞的方式在单晶硅100晶面的表面构建不同结构的光栅微纳结构及方柱阵列微纳结构,同时采用MD数值模拟方法,结合疏水结构模型,建立适用于光栅及方柱阵列微纳结构的结构模型,将理论接触角与仿真测量接触角对比并分析,从微观尺度上验证试验结果,得出两种结构参数对表面疏水性能的影响。研究结果表明：在去除一层晶胞的前提下,方柱阵列微纳结构的接触角为131°,其疏水性能更强。而结构参数在Cassie Baxter模型条件前提下,疏水性能随着疏水结构间的间距宽度增加而增大,随疏水结构宽度增大而减小。     

两种硅烷偶联剂修饰的铝合金表面超疏水性能研究

目的 探究硅烷偶联剂对铝合金超疏水表面性能的影响。方法 通过化学刻蚀并结合硅烷偶联剂修饰,在AMS 4037铝合金上制备超疏水表面。首先,通过HCl/H2O2混合液对铝合金进行刻蚀,在其表面构造具有多级蜂巢状的微/纳复合结构,再分别采用硅烷偶联剂和含氟硅烷进行疏水改性。详细研究2种改性剂的浓度对刻蚀铝合金表面润湿性的影响。采用接触角测量仪对材料表面润湿性和表面自由能进行测试,通过扫描电镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜对表面微观结构和化学成分进行表征。同时,对2种硅烷偶联剂修饰的铝合金超疏水表面进行液滴冻结时间、防覆冰及自清洁行为测试。结果 铝合金表面的疏水性并不总是与改性剂的浓度呈正相关。当改性剂的质量分数为0.5%时,经硅烷偶联剂修饰后其刻蚀表面的接触角为156.3°,但滚动角大于30°,而经含氟硅烷修饰后其表面的接触角可达164.4°,滚动角为6°。液滴在硅烷偶联剂和含氟硅烷修饰后的超疏水表面的冻结时间分别为37、45 s。结论 相较于硅烷偶联剂修饰的刻蚀表面,含氟硅烷改性后其表面能更低,疏水效果更好。相较于未处理的铝合金表面,经硅烷偶联剂修饰后铝合金超疏水表面可显著抑制液滴的冻结过程,具有更长的冻结时间和延迟覆冰的能力,并且含氟硅烷修饰后表面的防冰性能更佳。自清洁实验也证明经含氟硅烷修饰后的表面具有更好的自清洁性能,其表面的微小灰尘颗粒更易被带走。     

低粘附超疏水金属网的制备及在溢油清理中的应用

目的寻找一种高效、便捷的海上清理油污的方法。方法通过水热法在光滑的不锈钢金属网基底上生长出具有纳米柱状结构的氧化锌晶体,然后用低表面能的长链硅烷对氧化锌金属网进行表面改性,制备出具有超疏水-超亲油性能的金属网材料。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱、接触角测试、粘附力测试等手段对材料表面的微观形貌、化学成分和润湿性能进行分析。结果改性后的金属网材料表面覆盖了均匀的氧化锌微纳米结构,氧化锌晶体柱的长度约为3~5μm,截面呈现出很规则的六边形形貌。低表面能处理后的氧化锌表面变得模糊,但结构并未发生变化。与空白金属网相比,改性后的金属网对水的接触角达到154°,对油滴接触角为0°。该金属网材料可以自动收集并回收水面上的溢油,对多种油类和有机溶剂的回收效率均高于95%,循环吸油10次后依然具有90%的回收效率。同时该金属网材料还具有良好的耐磨性能,经过胶带剥离50次或800#砂纸打磨后涂层仍保持着良好的超疏水性。结论在氧化锌微纳米结构与低表面能物质的共同作用下,金属网表面具有了优异的超疏水-超亲油性能,可以自动收集水上的油污,具有较高的油水分离效率和较好的涂层稳定性,适用于海上溢油的清理。     

超疏水船用铝合金表面微结构对耐海水腐蚀性能的影响

为提高船用铝合金的耐海水腐蚀性能,利用激光在5083船用铝合金表面分别刻蚀点阵、直线、网格3种微结构,采用聚合物基纳米复合材料构建微纳双层结构,制备超疏水船用铝合金表面。采用光学显微镜和扫描电子显微镜表征其形貌;用接触角测量仪测量接触角和滚动角;采用电化学分析方法测试在海水环境中的耐腐蚀性能。结果表明,具有微纳双层结构的超疏水表面符合Cassie状态,且随着微结构间距的增大,接触角减小,滚动角增大,其耐海水腐蚀性能显著增强。间距为100μm的网格微结构表面具有最大的接触角157.8°和最小的滚动角0.57°,可将铝合金的腐蚀阻抗提高2个数量级。     

铝合金超疏水表面的构建及其稳定性与自清洁性能研究

目的 通过化学刻蚀结合阳极氧化法,制备具有优良机械稳定性和自清洁性能的铝合金超疏水表面.方法 采用盐酸化学刻蚀结合草酸阳极氧化法,对1060型铝合金表面构筑了具有阶梯-孔状微纳结构,再经过低表面能物质十八胺的修饰,获得了超疏水表面.探索表面微纳米结构对铝合金超疏水表面机械稳定性等性能的影响.结果 经过砂纸磨损200 cm后,表面接触角依旧高达160.33°;600 g的落砂实验冲击后,表面接触角仍保持150°,具有良好的机械稳定性.由动电位极化曲线测试结果表明,与纯铝相比,该超疏水表面具有良好的耐腐蚀性.再将超疏水铝浸入不同pH值的溶液中至24 h发现,铝合金表面依然具有良好的超疏水性能,且在pH=10的弱碱溶液中,其接触角依旧保持在163.09°.在坚固的微纳米结构的阳极氧化铝层、十八胺以及超疏水表面的气垫作用下,铝合金超疏水表面的防腐蚀性能得到提高.对比各种常见饮料在该表面的润湿性,该表面具有出色的自清洁效果.结论 铝合金超疏水表面具有良好的机械稳定性、化学稳定性以及自清洁效果.     

仿生微织构与氟硅烷修饰对6061铝合金浸润性的影响

利用激光辐射效应在铝合金表面构建仿生微织构,通过自组装工艺在微织构表面实现氟硅烷改性处理,制备得到特殊浸润性表面。 利用扫描电镜、三维形貌仪、接触角测量仪对试样微观形貌和浸润性进行表征。 测试与分析结果表明,仿生微织构和氟硅烷修饰对构建特殊浸润性表面起到重要作用;微织构的形貌差异、加工矩阵间距的变化均会影响试样表面对水接触角。 通过数学模型的计算进一步证实,仿生微织构表面具有的超疏水浸润状态符合 Cassie 模型预测。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

柱状微结构超疏水表面制备及其结霜性能研究

目的研究表面结构与化学成分对结霜性能的影响。方法以具有不同结构参数的多孔阳极氧化铝表面为模板,以高密度聚乙烯为压印热塑材料,采用模板热压法在常压下制备柱状微结构表面。分析表面形貌,测试接触角,通过结霜实验研究其结霜性能。结果柱状微结构表面经化学修饰后,获得超疏水效果。结霜过程实验显示,制备的超疏水表面初始结霜时间更晚,结霜速率更慢。结论通过改变表面结构与表面化学成分均能对表面结霜性能产生直接影响,修饰后的柱状结构表面具有较好的抑霜效果。     

Preparation of the Thermal-assisted Self-healing Bionic Super Slippery Surface on Aluminum Alloy Substrate and the Effect of Lubricant on Its PerformanceEI北大核心CSCD

仿猪笼草超滑表面具有疏液性和防污性等优异性能。然而仿生超滑表面的润滑油膜受损后,其超滑性能会被破坏, 因此制备具有自修复性能的仿生超滑表面对于解决其耐久性差的问题至关重要。首先采用阳极氧化法在铝合金基体表面制备锥形微结构,然后经过全氟硅烷进行低能修饰,最后往微结构间隙中注入全氟聚醚、低黏度硅油和高黏度硅油三种不同的润滑油,得到三种仿生超滑表面。水滴在三种仿生超滑表面的接触角分别为~116°、~105°、~103°,滑动角分别为~10°、~10°、~9°。试验结果表明,全氟聚醚和低黏度硅油的仿生超滑表面比高黏度硅油的仿生超滑表面具有更优的自清洁性和防污性,可以有效地预防污染物堆积造成的疏液性失效。此外,全氟聚醚与低黏度硅油的仿生超滑表面呈现较好的热辅助自修复性,修复后的疏水性与新制备样品基本一致;高黏度硅油仿生超滑表面只表现出一定的自修复能力,修复后与新制备样品的疏水性存在差异。所制备出的具有热辅助自修复功能的铝合金基底仿生超滑涂层,在海洋生物污损防护方面具有潜在的应用前景,并为克服传统仿生超滑表面使用耐久性差的问题提供了解决思路。     

超疏水仿生表面制造及其应用研究

本文采用等离子体反应气相沉积和飞秒激光技术分别对低表面能薄膜和方柱形微结构在钛合金上进行了制备,采用SEM对样品的表面形貌进行了表征,采用滴定角法对样品的疏水性能进行了评估,同时也对薄膜材料的力学性能进行了检测,获得了最佳工艺,并将上述两种技术复合,在钛合金上制备了仿生超疏水表面,检测结果表明：采用低表面能薄膜与微结构复合的方法,可以获得超疏水性能优异的钛合金表面,带有Cu薄膜的方柱形微结构水接触角可以达到156°,滚动角可达到8°。     

Microstructure and texture development of pure aluminum and aluminum alloy processed by high speed hot rolling

The microstructure and texture development of pure aluminum and aluminum alloy processed by high speed hot rolling are investigated. The aluminum sheets are rolled at temperatures ranging from 410°C to 560°C at a rolling speed of 15m/s without lubrication and quenched into water at an interval of 30 ms after rolling. The redundant shear strain induced by high friction increases beneath the surface at a reduction above 50% for Al alloy (AA5052) and above 60% for pure Al (AA1050). Dynamic recrystallization occurs in the surface region when the equivalent strain exceeds a critical value that depends on rolling temperature, while only recovery occurs in the center region. The critical equivalent strain for the occurrence of recrystallization in AA5052 is lower than that in AA1050. When the large strain is introduced beneath the surface, the shear texture, the main components of which are {001}<110> and {111}<110>, develops. In the center region, Cu-orientation and cube orientation develop. The shear texture beneath the surface is weak when recrystallization occurs.     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.     

熔体浇注温度和板倾斜度对倾斜板制备A356铝合金的凝固和显微组织的影响(英文)

采用倾斜板制备A356铝合金半固态浆料。通过倾斜板底部的逆流水冷却使A356合金熔体在流下倾斜板时发生局部凝固,从而导致在板壁上形成连续柱状枝晶。由于强制对流作用,这些树枝晶被折断成等轴和破碎的晶粒,然后被连续冲洗而在斜板出口形成半固态浆料。熔体浇注温度是影响凝固组织的重要条件,而倾斜度为优质半固态浆料提供必要的剪切作用。将得到的浆料在金属模具中凝固以制备理想显微组织的半固态铸造坯料。然后,通过热处理以提高半固态铸造坯料的表面质量。对半固态铸造和热处理后坯料的显微组织进行分析。研究熔体浇注温度(620,625,630和635°C)和板倾斜度(30°,45°,60°和75°)对斜板制备A356铝合金的凝固和显微组织的影响。结果表明:在625°C的熔体浇注温度和60°斜板倾角时,A356铝合金具有细小和球状的晶粒,是最佳的显微组织。     

Cutting force model of orbital single-point micromachining tool

This paper presents an analytical, ductile cutting force model of a novel micromachining tool that is based on micro-orbital motion of a single-point tool tip. The single-point tool tip used in this study is a single crystal diamond stylus that consists of a cone section of 50° and a spherical tip with radius less than 1 μm. The tool is actuated by a piezo tube that generates a high frequency micro-orbital motion of a single-point tool tip in a circular trajectory. Unlike conventional micromilling, where the cutting occurs at the edges of the tool flutes, a single-point tool may utilize any point on the circumference surface of the tool tip. Also, due to its extreme negative rake angle at small depths of cut, the technique can machine brittle materials such as silicon in the ductile regime. Experiments were performed on an aluminum alloy (AL2024) to obtain the specific cutting force and the coefficient of friction in order to calculate the cutting forces in all 3 axes and to verify the model.     

Tensile properties of as-deformed 2A50 aluminum alloy in semi-solid state

Tensile properties of as-deformed 2A50 aluminum alloy were investigated in the high temperature solid and semi-solid states. The results show that temperature has almost no effect on the maximum tensile stress between 500 °C and 530 °C, and the maximum tensile stress decreases rapidly when the temperature is above 532 °C. The ductility decreases with increasing temperature and has an obvious fall when the temperature is above solidus temperature. This alloy almost has no ductility above 537 °C, and cannot sustain tensile stress above 550 °C. A brittle temperature range in which this alloy is prone to form microcracks was derived. The relation between microstructure, fraction solid and tensile properties were also investigated by examining the metallograph and fracture surface morphology of tested specimens, which could provide reference for forecasting the microcracks in this alloy occurring in semi-solid processing.     

真空搅拌摩擦焊机的研制

为了获得性能优异的轻合金(铝、镁合金等)复合板,研制了一台真空搅拌摩擦焊机,有效解决了由于铝镁合金电子束焊接性能差而无法真空制坯的问题。详述了该设备的结构以及工作原理,其相应的组成系统包括机械系统、控制系统、真空系统、冷却系统、气动系统。通过PLC控制真空系统、冷却系统、气动系统来完成抽真空过程,通过CNC控制的伺服驱动系统实现平面以及曲面的焊接,并使用该设备对7050铝合金进行了焊接试验。结果表明,转速为600 r/min,焊接速度为100 mm/min时,焊接接头力学性能以及表面平整度最佳。该设备的研制为深入研究轻合金复合板制备工艺、界面微观组织演变及结合机理提供了必要的工具和手段。 创新点：(1)研制在真空环境下焊接铝、镁等轻合金材料的搅拌摩擦焊机,并获得了7050铝合金的最佳焊接工艺参数。 (2)该设备为轻合金复合板的焊接提供了良好的试验平台。     

Processing map and hot deformation behavior of squeeze cast 6082 aluminum alloy

The hot deformation behavior and microstructure evolution of 6082 aluminum alloy fabricated through squeeze casting (SC) under different pressures were studied. The alloy was subjected to hot compression tests and 3D hot processing maps were established. The microstructure evolution was studied by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), and electron backscattered diffraction (EBSD). It is found that more dynamic recrystallization (DRX) grains are generated during the deformation of the specimen fabricated under higher SC pressure. At high temperature the effect of SC pressure on microstructure evolution weakens due to the dissolution of second phase particles. In addition, uneven second phase particles in specimens fabricated under higher SC pressure compressed with low temperature and middle strain rate would result in flow localization instability. Finally, the optimum deformation conditions for the 6082 aluminum alloy fabricated by SC were obtained at the temperatures of 430?500 °C and the strain rates of 0.01?1 s^?1.