与普通超疏水表面相比,具有特殊结构的超疏水表面可有效减少固液接触时间,进而提升其在防结冰领域的应用潜力。目前具有该特性的这类结构主要为柱状或锥状阵列,其单个结构尺寸≤500μm、高径比较大,且在制备过程中存在效率低、成本高等问题。课题组前期通过仿真模拟发现,具有半球阵列结构的超疏水表面同样可减少液滴碰撞过程中的固液接触时间。由于模具复制工艺具有高效率、低成本、适于大面积制备等优势,故如何构建阵列微坑结构就成为研究的难点。本文以镁合金为基体,采用COMSOL仿真模拟与试验相结合的方式研究阵列微坑的掩膜脉冲电解加工工艺,实现对镁合金基阵列微坑结构参数的调控,并研究液滴落在利用该阵列微坑模具复制所得超疏水表面上的碰撞情况,对固液接触时间减小的效果进行验证。论文的主要研究工作和结果如下:(1)采用COMSOL建立掩膜脉冲电解加工过程的多物理场有限元模型,对实际加工条件进行合理简化,得到用于仿真分析的边界条件;首先分析了加工过程中结构变化与场强分布的相互影响规律,揭示了微坑形貌随电流密度和加工时间的变化规律;然后通过分析加工间隙中电场分布情况,推导出阳极表面电流密度的分布情况,并由此解释了微坑形貌的成型原因;最后分析了加工间隙中温度场分布情况,得到在加工时间内温度的变化情况。(2)基于上述模拟仿真结果,进行了阵列微坑的掩膜脉冲电解加工试验。完成侧冲夹具及脉冲电解加工试验系统的设计;通过不同掩膜材料的前期对比试验,最终优选掩膜厚度较厚,遮蔽效果更佳的光致抗蚀干膜作为试验掩膜材料,并确定掩膜的制备参数;进行系统的掩膜电解加工试验,探究加工时间、电流密度、电源占空比及频率对于微坑形貌成型规律的影响。最终确定采用掩膜孔径0.8 mm、加工电流密度i=10 A/cm~2、加工时间t=75 s、脉冲频率f=30 kHz、占空比q=50%、电解液浓度15%的组合加工参数,实现AZ31B镁合金表面上平均直径1.56 mm、平均深度0.82 mm的微坑阵列构建。(3)基于掩膜脉冲电解加工出的微坑阵列,利用PDMS聚合物进行浇注复制得到直径约1.56 mm、高度约0.82 mm、间距约0.19 mm的半球阵列结构,继续喷涂超疏水纳米颗粒获得超疏水半球阵列结构。通过液滴在其上的碰撞试验发现,当韦伯数We≥7.94时,固液接触时间大幅减小,平均接触时间为8.4 ms,约为普通超疏水表面47.7%,验证了具有半球阵列结构的超疏水表面具有减小接触时间的效果。