论文部分内容阅读
超疏水涂层因其表面特殊的浸润性特征,在自清洁、油水分离、材料防腐等领域具有重要的应用价值,除此之外,通过涂装疏水甚至超疏水涂层的方式来降低覆冰堆积所造成的危害,近年来也已被广泛应用于航空航天、雷达探测、输电线路以及高速列车等关键技术领域,备受关注。因此,本课题提出一种适用于高速列车转向架区域的超疏水涂层,使其兼具防结冰性和疏冰性功能,从而延长结冰时间并减少冰晶对基体表面的黏附力和覆冰量,降低列车运行的安全隐患。选取具有不同颗粒尺度的WC-12Co粉末（微米/纳米粉末）,并通过超音速火焰喷涂（HVOF）技术,在耐候钢表面沉积一层具有一定粗糙结构的基底涂层,并通过涂层的微观组织结构、表面三维轮廓、XRD相成分测试等来表征其表面结构尺度及可靠性;随后采用两种低表面能材料,聚四氟乙烯悬浮液和疏水气相二氧化硅丙酮溶液,并分别利用喷雾法、刷涂法以及浸泡等方式修饰微米/纳米WC-12Co涂层,再对其表面粗糙度及润湿性进行表征。结果表明,利用纳米WC-12Co粉末可获得微结构尺度在68-274nm的粗糙结构,且涂层表面粗糙度Ra为3.32±0.23μm,Rz为50.21±13.01μm。再辅以高压喷雾方式将疏水气相纳米SiO2沉积在粗糙的纳米WC-12Co涂层表面,可将原始钢基体表面接触角从82.7°±5.7°提升至154.3°±3.0°,滚动角为4.1±0.1°,达到超疏水状态。随后对所制备超疏水涂层进行基本性能检测,结果显示,涂层在自清洁、疏水耐久性、耐磨性、酸性pH抗性、耐腐蚀性以及耐候性方面表现出优异的机械和化学稳定性。利用高速摄像手段记录相同低温条件下微液滴在超疏水涂层表面的平均初始形核时间为939.5s,约为钢基体的6.6倍,并根据液滴凝结状态建立微液滴在不同表面的低温冻结模型以解释超疏水涂层延缓结冰机制;除此之外,本课题还搭建了材料表面覆冰粘附力测试系统,研究温度、结冰时间以及接触角等因素对超疏水表面覆冰粘附力的变化规律。最后,通过在低温环境下向材料表面连续喷雾的方式实现对涂层动态防覆冰性能的测试,结果显示超疏水涂层在前60min内表面覆冰面积仅为73.53%,而钢基体表面在10min内完全覆冰;基于简化的微液滴一次冲击材料表面模型可知,短时间内,液滴冲击超疏水涂层时拥有更少的接触时间和更小的铺展面积,以及较低的能量损失,是抵抗过冷液滴侵蚀,阻碍覆冰堆积的重要原因;而延长动态覆冰时间至140min时超疏水涂层表面覆冰增重率仅为钢基体的12.9%,180min时仍只有钢基体的30.0%,表现出较好的防覆冰效果;