冰摩擦是北方冬季最常见的自然现象之一,冰摩擦的研究在道路安全、冰川运动、冰上运动、海上结构物设计和破冰器等领域都有着重要的意义。本文基于自然界超疏水形成机制和纳秒激光加工技术特点,设计了仿生疏水微结构,并在不锈钢表面进行了加工。通过分析激光加工的基本原理以及研究激光扫描速度、激光加工功率、重复脉冲次数、扫描结构间距对金属表面微结构的影响规律,实现了对金属表面微结构形状和尺寸的控制,构建了类莲藕沟槽复合结构。试验发现,激光扫描速度、激光加工功率和重复脉冲次数、激光扫描间距参数会影响微结构的表面形貌,进而影响表面接触角。采用激光扫描速度200mm/s、加工功率10w、重复脉冲次数15次、扫描间隔0.05mm可以实现类莲藕沟槽复合超疏水微结构的构建。纳秒激光加工的超疏水表面黏附性较大,低表面能物质修饰可改变表面的黏附性;加工后的表面初始为亲水特性,与空气接触一段时间后转变为超疏水性,机理分析发现,不锈钢表面C/Fe的比例增加是亲水性到疏水性的转化原因。低表面能物质修饰后,其静态接触角变化较小,但动态接触角变化较大,滚动角降为6.4°,呈现较好的自清洁性和弹跳性能。微结构是使不锈钢表面呈现超疏水性的主要原因,材料表面物质成份的变化是影响其黏附性的主要因素。试验结果表明,不锈钢表面的冰摩擦系数与疏水性、黏附性和滑动速度相关;滑动速度越大,疏水性越好,黏附性越低的表面具有较小的摩擦系数。分析认为,滑动速度的增大,增加了水膜的形成量,而超疏水性表面减小了材料的润湿面积,减少毛细管桥的积聚,使冰摩擦处于混合摩擦阶段;低黏附性降低了表面与水的黏滞性,阻止了更多毛细管桥的形成,从而表面表现出较低的平均摩擦系数。