[发明专利]一种机翼前缘面的仿生微纳防结冰表面的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种机翼前缘面的仿生微纳防结冰表面的制备方法及应用，涉及射流电沉积领域，其主要特征为，使用磁场辅助射流电沉积法，在机翼前缘表面沉积仿生微纳超疏水镀层，该超疏水自润滑沉积层参照自然界有着超疏水功能的生物表面，能通过减少水珠附着、抑制结冰形成、降低冰附着力等机理，实现机翼前缘面防结冰的功能。通过本方法制备的防结冰表面沉积速度快、成本低、表面质量好，不影响机翼正常的工作性能，且能显著节省由于传统主动融冰等方法除冰而浪费的经济成本。本方法既能减少结冰、又能促进除冰，是一种材料本征的、被动的防结冰表面设计。

技术领域

本发明涉及电沉积领域，具体为用于机翼前缘面的磁场辅助射流技术防结冰表面设计制造方法及应用。

背景技术

结冰作为一种低温环境下必然发生的自然现象，造成了许多安全事故。结冰的危害体现在电力系统、地面交通等方面，尤其是航空航天领域。直升机、飞机等在高空飞行中难以避免的会碰撞到云层中的过冷水，或是经过云层遇到其降下的过冷雨，从而凝固形成结冰。甚至在一定湿度下，航空器表面水汽直接在机翼表面凝华导致结冰发生。而机翼表面结冰会导致航空器飞行升力下降、机翼重量不平衡等问题，严重影响飞行安全。特别是在机翼前缘面上，由于很细长且较为突出，极易结冰，对飞行危害极大。然而目前传统的除冰方法多为主动除冰方法，如机械除冰、热力融冰、化学溶解等，都有着成本高、效率低、环境污染大等缺陷，且无法阻止高空恶劣环境下冰面的持续生成。为此，本发明提出一种创新方法，在机翼前缘面上沉积制造仿生微纳超疏水自润滑沉积层。在自然界中，如图1中荷叶、蝴蝶、纳米比亚甲虫等，其表面含有微纳米突起结构，因而水滴无法浸润，且略施倾角便能使水滴滴落。参照这类自然界生物表面所形成的微纳米沉积层通过减少水珠附着、抑制结冰形成、降低冰附着力等机理，能被动的、由镀层后材料表面的本征属性出发防止结冰，从根本上杜绝结冰的发生。

发明内容

本发明针对现有防除冰方法成本高、效率低、环境污染大等缺陷，提出了一种用于机翼前缘面的防结冰表面设计及制造方法。该设计表面制造方法沉积速度快、成本低、表面质量好，且能从根源上杜绝机翼前缘面冰面的生成，显著减少主动除冰消耗的经济成本。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种机翼前缘面的仿生微纳防结冰表面的制备方法，在机翼前缘表面通过磁场辅助射流电沉积生成沉积层，所述的沉积层为仿生微纳超疏水镀层，所述的仿生微纳超疏水镀层表面粗糙，可降低水附着量。

进一步的，射流电沉积的电沉积液具体组份为六水硫酸镍260g/L、六水氯化镍40g/L、硼酸40g/L、邻苯甲酰磺酰亚胺5g/L及镍颗粒2g/L，所述的镍颗粒平均粒径500nm，电沉积液温度50℃，使用10％浓度氨水调节电沉积液pH值在4±0.1范围。

进一步的，磁场辅助参数具体为：所述的机翼前缘为基底，材质为钛合金，大小为20mm×20mm或30mm×30mm或40mm×40mm，厚度小于2mm，电流密度50～150A/dm²，流量100～200L/h，磁场强度50～150mT，加工间隙2mm，加工时间30～60min。

进一步的，所述的仿生微纳超疏水镀层的层厚不大于50μm，含有仿生微纳米层级结构，所述的仿生微纳米层级结构存在大量突起的粗糙结构，所述的突起的粗糙结构与基底表面垂直，并在顶部自然分散为“树杈”状，各个“树杈”状微突起间隙不大于5μm。

进一步的，所述的仿生微纳超疏水镀层的表面呈现超疏水特性，表观接触角大于150°，滚动角小于10°。

本发明还提供了使用上述方法制备的仿生微纳防结冰表面在实现机翼前缘面被动型防结冰的应用，所述的仿生微纳防结冰表面具备减少水珠附着、抑制结冰形成及降低冰附着力的作用。

与现有技术相比，本发明所具有的优点：