CN110480282A - 一种铜基材料表面延迟结冰结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜基材料表面延迟结冰结构及其制备方法涉及金属材料表面延迟结冰领域，通过改变铜基材料表面的结构实现延迟结冰的效果。延迟结冰结构，表面光洁的铜基体表面上设有直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，间距为50μm～300μm的凹型矩阵结构。制备方法包括：将铜基体表面打磨预磨处理；将预磨处理的铜基体置于抛光机上抛光至表面光洁；在抛光后的铜基体表面采用激光制备直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，间距为50μm～300μm的凹型矩阵结构；将激光制备的铜基体分别置于去离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗。本发明使该表面具有良好的延迟结冰性能，提高铜基材料在温度复杂环境下工作的要求，特别是高低温落差大，有零下低温相关领域，起到降低能耗，提升工作效率，提高实用率等目的。

Description

一种铜基材料表面延迟结冰结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料表面延迟结冰领域，具体涉及一种铜基材料表面延迟结冰结构及其制备方法。

背景技术

在现代工业生产和生活中，铜基材料得到广泛的应用。由于其良好的力学性能、耐低温、耐磨损、质软和优异的工艺性能等优点，已广泛应用在各个行业，包括汽车、化工机械、船舶、航空工业和医疗器械和家用电器等。随着工业现代化和社会科技的发展，铜基材料被应用于更多各种各样的环境，其所面临的工况条件也更加复杂。因此人们对于铜基材料的使用和工艺性能的要求不断提高，这使越来越多传统的铜基材料表面性能无法达到特定工作条件要求。例如，在零下气温的空气中，铜基材料表面会迅速凝结一层冰霜，使得它的工作效率受到影响，实用率降低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铜基材料表面延迟结冰结构及其制备方法，通过改变铜基材料表面的结构实现延迟结冰的技术效果。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种铜基材料表面延迟结冰结构，表面光洁的铜基体表面上设有凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，其中一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm～300μm，两个方向相互垂直。

一种铜基材料表面延迟结冰结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：将铜基体表面打磨预磨处理；

步骤二：将所述预磨处理的铜基体置于抛光机上抛光至表面光洁；

步骤三：在所述抛光后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，其中一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm～300μm，两个方向相互垂直；激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将所述凹型矩阵结构的铜基体分别置于去离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗。

本发明的有益效果是：本发明采用激光加工方法制备延迟结冰表面，激光加工方法操作简单，成本低廉可靠，加工铜基材料表面方便、快捷。设定激光加工参数后，进行激光扫描使铜基材料表面获得有序阵列坑状微观结构，铜基材料表面的粗糙度增大，空气与铜基材料表面接触面积增加，接触角变大，从而使该表面具有良好的延迟结冰性能，进而提高铜基材料在温度复杂环境下工作的要求，起到降低能耗，提升工作效率，提高实用率等目的，可应用于工况温度复杂，特别是高低温落差大，且有零下低温相关领域。

附图说明

图1本发明实施例1中一种铜基材料表面延迟结冰结构。

图2现有技术与本发明实施例1铜基材料表面接触角和结冰时间的对比图。

图3本发明实施例2中一种铜基材料表面延迟结冰结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

在以下的实施案例中，所用的基体采用铜基材料(铜及铜锌材料)。

实施例1：

步骤一：将铜基材料通过线切割制备成20mm×10mm×2mm尺寸大小；然后将切割后的铜基体依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上进行打磨，使表面光洁；

步骤二：将铜基体在抛光机上进行抛光处理，使基体表面呈光面即可；然后将铜基体置于酒精中进行超声波清洗5min；将清洗后的铜基体进行简单的烘干处理，观察表面是否清洗干净；

步骤三：在所述烘干后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，如图1所示，其中每个凹型结构的直径深度(H)30μm，行间距(L)50μm，列间距100μm，激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将进行激光加工后的铜基体分别置于离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗5min；然后对铜基体表面进行烘干处理，使表面干净无污染；

将直径为45μm，深度(H)为30μm，行间距(L)为50μm，列间距为100μm的凹型矩阵结构铜基试样放入密闭可控温度箱中，在恒定温度为-20℃的模拟严寒环境下进行延迟结冰试验，在试样表面放置一颗体积为3μL的水滴，冰冻试验发现，如图2所示，现有技术铜基表面为光滑表面，接触角约为112o，本发明铜基表面带有凹型矩阵结构试样接触角约为156o；仅仅抛光的铜基体表面，水滴结冰的时间为4分钟，该结构参数下的铜基表面水滴结冰时间为10分钟，延迟结冰6分钟。

实施例2：

步骤一：将铜基材料通过线切割制备成20mm×10mm×2mm尺寸大小；然后将切割后的铜基体依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上进行打磨，使表面光洁；

步骤二：将铜基体在抛光机上进行抛光处理，使基体表面呈光面即可；然后将铜基体置于酒精中进行超声波清洗5min；将清洗后的铜基体进行简单的烘干处理，观察表面是否清洗干净；

步骤三：在所述烘干后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，其中每个凹型结构的直径深度(H)10μm，行间距(L)100μm，列间距50μm，激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将进行激光加工后的铜基体分别置于离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗5min；然后对铜基体表面进行烘干处理，使表面干净无污染；

将直径为35μm，深度(H)为10μm，行间距(L)为100μm，列间距为50μm的凹型矩阵结构铜基试样放入密闭可控温度箱中，在恒定温度为-20℃的模拟严寒环境下进行延迟结冰试验，在试样表面放置一颗体积为3μL的水滴，冰冻试验发现，如图3所示，仅仅抛光的铜基体表面，水滴结冰的时间为4分钟，该结构参数下的铜基表面水滴结冰时间为10分钟，延迟结冰6分钟。

实施例3：

步骤一：将铜基材料通过线切割制备成20mm×10mm×2mm尺寸大小；然后将切割后的铜基体依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上进行打磨，使表面光洁；

步骤二：将铜基体在抛光机上进行抛光处理，使基体表面呈光面即可；然后将铜基体置于酒精中进行超声波清洗5min；将清洗后的铜基体进行简单的烘干处理，观察表面是否清洗干净；

步骤三：在所述烘干后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，其中每个凹型结构的直径深度(H)30μm，行间距(L)50μm，列间距50μm，激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将进行激光加工后的铜基体分别置于离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗5min；然后对铜基体表面进行烘干处理，使表面干净无污染；

将直径为45μm，深度(H)为30μm，行间距(L)为50μm，列间距为50μm的凹型矩阵结构铜基试样放入密闭可控温度箱中，在恒定温度为-20℃的模拟严寒环境下进行延迟结冰试验，在试样表面放置一颗体积为3μL的水滴，冰冻试验发现，仅仅抛光的铜基体表面，水滴结冰的时间为4分钟，该结构参数下的铜基表面水滴结冰时间为6.78分钟，延迟结冰2.78分钟。

实施例4：

步骤一：将铜基材料通过线切割制备成20mm×10mm×2mm尺寸大小；然后将切割后的铜基体依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上进行打磨，使表面光洁；

步骤二：将铜基体在抛光机上进行抛光处理，使基体表面呈光面即可；然后将铜基体置于酒精中进行超声波清洗5min；将清洗后的铜基体进行简单的烘干处理，观察表面是否清洗干净；

步骤三：在所述烘干后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，其中每个凹型结构的直径深度(H)30μm，行间距(L)50μm，列间距300μm，激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将进行激光加工后的铜基体分别置于离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗5min；然后对铜基体表面进行烘干处理，使表面干净无污染；

将直径为45μm，深度(H)为30μm，行间距(L)为50μm，列间距为300μm的凹型矩阵结构铜基试样放入密闭可控温度箱中，在恒定温度为-20℃的模拟严寒环境下进行延迟结冰试验，在试样表面放置一颗体积为3μL的水滴，冰冻试验发现，仅仅抛光的铜基体表面，水滴结冰的时间为4分钟，该结构参数下的铜基表面水滴结冰时间为6分钟，延迟结冰2分钟。

实施例5：

步骤一：将铜基材料通过线切割制备成20mm×10mm×2mm尺寸大小；然后将切割后的铜基体依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上进行打磨，使表面光洁；

步骤二：将铜基体在抛光机上进行抛光处理，使基体表面呈光面即可；然后将铜基体置于酒精中进行超声波清洗5min；将清洗后的铜基体进行简单的烘干处理，观察表面是否清洗干净；

步骤三：在所述烘干后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，其中每个凹型结构的直径深度(H)25μm，行间距(L)160μm，列间距50μm，行间距(L)160μm，激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将进行激光加工后的铜基体分别置于离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗5min；然后对铜基体表面进行烘干处理，使表面干净无污染；

将直径为40μm，深度(H)为25μm，行间距(L)为160μm，列间距为50μm的凹型矩阵结构铜基试样放入密闭可控温度箱中，在恒定温度为-20℃的模拟严寒环境下进行延迟结冰试验，在试样表面放置一颗体积为3μL的水滴，冰冻试验发现，仅仅抛光的铜基体表面，水滴结冰的时间为4分钟，该结构参数下的铜基表面水滴结冰时间为6.6分钟，延迟结冰2.6分钟。

铜基材料的延迟结冰性能最好，其能够延迟结冰主要基于以下两点：(1)表面能增大水滴与冷凝表面的接触角，从而减小与冷凝表面的接触面积，降低热交换效率，延缓水滴在铜基材料表面的结冰时间，起到抑制冰霜生成的作用；(2)在接触角滞后很小的情况下，水滴在表面很容易滑落，从而不易结冰，使结冰时间延后。

Claims (7)

1.一种铜基材料表面延迟结冰结构的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：将铜基体表面打磨预磨处理；

步骤二：将所述预磨处理的铜基体置于抛光机上抛光至表面光洁；

步骤三：在所述抛光后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，其中一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm～300μm，两个方向相互垂直；激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将所述凹型矩阵结构的铜基体分别置于去离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗。

2.根据权利要求1所述的一种铜基材料表面延迟结冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一至步骤四间，对所述铜基体去离子水清洗时间为30s。

3.根据权利要求1所述的一种铜基材料表面延迟结冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，将铜基体表面依次在600目、800目、1000目、1500目和2000目的砂纸上进行打磨。

4.根据权利要求1所述的一种铜基材料表面延迟结冰结构的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，超声波清洗时间为1-2min。

5.一种铜基材料表面延迟结冰结构，其特征在于，表面光洁的铜基体表面上设有凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，其中一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm～300μm，两个方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的一种铜基材料表面延迟结冰结构，其特征在于，表面光洁的铜基体表面上设有凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为45μm，深度为30μm，一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为100μm，两个方向相互垂直。

7.根据权利要求5所述的一种铜基材料表面延迟结冰结构，其特征在于，制备该结构的方法包括如下步骤：

步骤一：将铜基体表面打磨预磨处理；

步骤二：将所述预磨处理的铜基体置于抛光机上抛光至表面光洁；

步骤三：在所述抛光后的铜基体表面采用激光制备凹型矩阵结构，每个凹型结构的直径为35μm～45μm，深度为10μm～30μm，其中一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm，另一个方向相邻两个凹型结构的圆心距离为50μm～300μm，两个方向相互垂直；激光加工参数为：频率20HKz，功率16w，扫描速度1800mm/s，加工次数2次；

步骤四：将所述凹型矩阵结构的铜基体分别置于去离子水、丙酮、去离子水中超声波清洗。