5083铝合金表面构筑超疏水防结冰涂层
摘要
5083铝合金作为典型的非热处理型铝合金，因其优异的性能被广泛应用于制造船体
以及飞机、车辆等。然而，处于极寒环境中的铝合金表面极易发生结冰现象，在一些特
殊情况下会造成严重的经济损失。超疏水表面作为被动防冰法的一种，因其设计简单、
效果显著而被广泛关注。本文通过采用化学刻蚀和阳极氧化相结合的制备工艺，并辅以
脂肪酸类低表面能修饰剂进行修饰，成功在5083铝合金表面构筑了超疏水防结冰涂层，
系统探究了相关工艺对涂层疏水性能的影响；基于此设计出了相近接触角下不同粗糙度
及表面能的5083铝合金超疏水涂层，探究了粗糙度及表面能对超疏水涂层防结冰性能
的影响。
首先，分别采用阳极氧化、化学刻蚀、先化学刻蚀后阳极氧化及先阳极氧化后化学
刻蚀的方法，成功使用先化学刻蚀后阳极氧化的工艺在5083铝合金表面构筑了接触角
156.7±0.5°1°
为，滚动角仅为的超疏水涂层。
随后，对化学刻蚀时间、刻蚀温度、刻蚀剂浓度；阳极氧化液种类、氧化时间、氧
化电流密度及修饰剂种类和浓度等因素对超疏水涂层疏水性能的影响进行了探究。结果
表明，化学刻蚀时间、刻蚀温度、刻蚀剂浓度、阳极氧化时间、氧化液浓度对涂层超疏
水性能的影响规律相近，即随着参数的提升，涂层接触角呈现先增大后较小的趋势。而
低浓度的硫酸草酸的添加则会使涂层疏水性能发生一定程度的下降。修饰剂浓度则与之
不同，即涂层接触角随浓度增大而先增大后不再改变。而修饰剂种类与阳极氧化电流密
度的变化对超疏水涂层的疏水性能影响较小，几乎可以忽略不计。
在上述研究的基础之上，成功以不同电流密度的工艺制备出了接触角相似，粗糙度
不同的超疏水涂层。对其防结冰性能进行测试，结果发现，当粗糙度进一步增大时，涂
层防结冰性能呈现先增大后减小的趋势，以粗糙度为2.09μm样品最佳，在?15℃的环
境中，其完全结冰时间达到了550s，远高于裸金属表面的18s，且该超疏水涂层的冰层
附着力也仅为5.97±1.21KPa，相较于裸金属表面而言大大降低，机械循环去冰结冰测/
试的结果也显示出了良好的耐久性。同时，不同粗糙度的超疏水涂层均表现出良好的机
械耐久性和耐腐蚀性，且粗糙度越低，耐蚀性能越好。
同时，使用不同碳链长度的脂肪酸类修饰剂，制备出了接触角相近，表面能不同的
超疏水涂层，并以此为基础探究了表面能对超疏水涂层防结冰性能的影响。结果表明，
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表面能越低的超疏水涂层，其防结冰性能越佳，当表面能为0.83mJ/m时，超疏水涂层
哈尔滨工程大学硕士学位论文
的完全结冰时间达到918s，冰层附着力也仅为3.98±1.35KPa，机械去冰/循环结冰测试
结果也表明涂层表现出良好的耐久性。同时，对涂层进行耐腐蚀性测试结果表明，表面
能对超疏水涂层耐腐蚀性的影响较小，几乎可以忽略不计。
关键词：超疏水；5083铝合金；防结冰；阳极氧化；化学刻蚀
5083铝合金表面构筑超疏水防结冰涂层
Abstract
5083aluminumalloy,asatypicalnon-heattreatmenttypealuminumalloy,iswidely
usedinthemanufactureofshiphullsaswellasaircraftandvehiclesduetoitsexcellent
performance.However,thesurfaceofaluminumalloysinextremelycoldenvironmentsis
highlysusceptibletoicing,whichcancauseseriouseconomiclossesinsomespecialcases.
Superhydrophobicsurfaces,asoneofthepassiveanti-icingmethods,havebeenwide