1.一种用于制备两维离散润湿集油增强功能表面的高温反应釜,其特征在于其主体结构包括:透明视窗、反应釜密封盖、紫外灯、接线插口、遮光板、紧固螺母、反应釜底座和支撑轴,所述反应釜底座为空心圆盘形结构,并且反应釜底座的上侧中间处固定置有支撑轴,所述支撑轴的下端的直径宽于上端,用以作为轴肩支撑住套在支撑轴上端的遮光板,所述支撑轴的上顶端还螺栓连接有紧固螺母,用以锁紧套在支撑轴上端的遮光板,所述薄片结构的遮光板通过其中间的通孔套在支撑轴的上端,并且遮光板水平放置,并且放置在透明视窗的中间偏上高度处,遮光板的表面上阵列式刻有镂空图案,用以使紫外灯发出的紫外线穿过遮光板上的镂空图案,所述环形结构的紫外灯置于反应釜密封盖的下表面上;所述透明视窗嵌入式置于高温反应釜的左侧壁上,并且透明视窗镶嵌有透明防紫外线玻璃,所述透明视窗的正左侧设置有CCD连接的外置显微镜,用以通过物镜能够观测遮光板上初始油滴接触角的变化情况,观测图像通过视频采集板卡连接到电脑端来将接触角的变化信息记录到电脑中进行测量;所述高温反应釜的右侧壁靠上处设置有接线插口,用以连接调节紫外灯的光强和光照时间的光照控制器,所述高温反应釜侧壁的上部置有反应釜密封盖,并且与高温反应釜的侧壁螺纹连接,所述的反应釜密封盖、遮光板和支撑轴形成局部暗室,紫外灯发出的紫外光通过遮光板上的镂空图案照射进入局部暗室并在圆盘圆盘试样的表面进行光照,将FAS膜刻蚀掉一部分,进而形成离散亲油的图案润湿性功能表面。
2.一种利用权利要求1所述的高温反应釜制备两维离散润湿集油增强功能表面的方法,其特征在于具体按照如下步骤进行:
S1、圆盘试样清洗:
选择两块2mm-5mm厚的碳钢薄片作为圆盘试样,然后对圆盘试样表面进行充分的清洗,防止细微颗粒及油污的吸附,清洗方式为将圆盘试样依次放入石油醚、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗8-12分钟,清洗完毕后将圆盘试样用高压氮气吹干备用;
S2、遮光板镂空:
将薄碳钢材质的遮光板进行激光镂空处理,制成不同的网状遮光板,其中镂空通孔处为透过紫外线光的位置,制备完毕后备用;
S3、镀膜准备:
然后将S1中制备的圆盘试样放入用硝酸、双氧水和去离子水按比例质量比1:1:6配置的溶液中,完全没入并浸泡10min后取出圆盘试样,再将浸泡后的圆盘试样用去离子水冲洗干净后用高压氮气吹干,将吹干后的其中一块圆盘试样水平置在高温反应釜的反应釜底座上;再将盛有5-10μl十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)的小烧杯放入高温反应釜底座并靠近侧壁处,再将S2中制备的遮光板放在圆盘试样和烧杯上方,放置完毕后盖上反应釜密封盖将高温反应釜封闭,另一块圆盘试样备用;
S4、圆盘试样镀膜:
先将S3中的高温反应釜的透明视窗和接线插口进行绝热处理,以保证高温反应釜内温度恒定,再将该高温反应釜置于鼓风干燥箱中烘烤来对圆盘试样镀膜,烘烤温度设定为150℃,烘烤时间设定为180min;加热完成后,使得圆盘试样上表面镀有均匀疏油的FAS膜,烘烤完毕后将镀膜完毕的圆盘试样取出并置于室内进行自然冷却备用,同时遮光板上也同样被镀了FAS膜;
S5、疏油表征:
用接触角测量仪分别测试S2中吹干后未镀膜的圆盘试样和S4中镀膜后的圆盘试样的接触角,测量相同体积润滑油滴在圆盘试样表面的静态接触角,所述润滑油用量为1-5μl,润滑油选用PAO4基础油,用以验证圆盘试样在FAS镀层后的疏油效果;
S6、紫外光刻蚀:
取出高温反应釜中的烧杯,将镀FAS膜后的圆盘试样重新放入反应釜底座上,再将S2中镂空完毕的遮光板固定于支撑轴上,打开紫外灯进行光照,紫外光穿过遮光板上的镂空孔对镀膜后的圆盘试样进行蚀刻,同时也对遮光板进行蚀刻,并且遮光板的材料与圆盘试样同为碳钢,并且两者具有相同的FAS膜,在遮光板上滴加一滴润滑油,通过反应釜上透明视窗,用CCD对油滴接触角进行测量,当遮光板上油滴的接触角由高疏油状,即接触角在110°-
120°范围内时,变为亲油状态即接触角低于15°时,表明在圆盘试样的疏油表面制得了亲油的网格状图案,则停止光照。
3.根据权利要求2所述的制备两维离散润湿集油增强功能表面的方法,其特征在于当CCD测试到遮光板上的接触角达到115°时,圆盘试样的疏油表面疏油效果最佳,所述的紫外灯的额定功率为30mW。
4.根据权利要求2所述的制备两维离散润湿集油增强功能表面的方法,其特征在于所述的遮光板材料采用0.2mm的碳钢薄板进行激光切割加工,功率密度用10W/cm2,光斑直径小于0.1mm,切缝保持0.2mm以内。
5.根据权利要求2所述的制备两维离散润湿集油增强功能表面的方法,其特征在于在需要制备与权利要求2中中离散亲油润湿性表面相反的图案时,需要在镀膜阶段就进行遮挡处理,即将滴加FAS液滴的小烧杯放在遮光板上部,在进行加热,同时将圆盘试样与遮光板贴合,实现气相沉积时,保证只有图案部分暴露在空气中,便能够实现离散亲油相反的图案润湿性表面制备。
6.一种通过权利要求2-4中任一权利要求所述制备两维离散润湿集油增强功能表面方法制备的两维离散润湿集油增强功能表面,其特征在于其结构为在经过强酸溶剂刻蚀过的基底上利用低表面能材料——十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)镀有一层疏油层,使得接触角能够具有疏油性能,并且疏油层的接触角达到110°-120°,在疏油层上利用紫外光刻技术上改性刻蚀掉疏油层而制备有平铺或阵列式分布的网状孔结构的亲油区,所述亲油区能够锁住润滑油,使润滑油在制备的两维离散润湿集油增强功能表面形成由密集平铺或阵列式的油点形成的均匀润滑油膜,所述亲油区接触角小于15°。
7.根据权利要求6所述的两维离散润湿集油增强功能表面,其特征在于所述网状孔结构的亲油区的孔为圆形孔或倾斜45°的方形孔,并且上述孔阵列式或平铺式分布,圆孔半径r为60-120μm,每一圆孔与横向和纵向相邻圆孔的圆心距均为200-300μm,方形孔的长为
150-300μm,宽为50-150μm,每一方形孔与相邻纵向方形孔的中心距为200-400μm,每一方形孔与相邻横向方形孔的中心距为100-200μm。
8.一种通过权利要求2-4中任一权利要求所述制备两维离散润湿集油增强功能表面方法制备的两维离散润湿集油增强功能表面,其特征在于:在成膜实验和摩擦磨损实验中,当普通表面与两维离散润湿集油增强功能表面的摩擦副相对运动时,张力驱动两侧的润滑剂向润滑轨道中央区迁移,两维离散润湿集油增强功能表面除增强润滑剂向润滑轨道中央迁移外,同时由于局部疏油区的反润湿作用,润滑剂在离散的亲油区形成网状分布或液滴分布,并且面体比能够满足润滑需要,能够抵抗诸如离心力等惯性力的作用。
9.一种通过权利要求2-4中任一权利要求所述制备两维离散润湿集油增强功能表面方法制备的两维离散润湿集油增强功能表面,其特征在于:在相同供油量和相同载荷条件下,随着运动速度的增加,两维离散润湿集油增强功能表面能够使润滑油膜维持稳定厚度,在
80km/h内的低速段,两维离散润湿集油增强功能表面的润滑膜厚度比普通润滑轨道表面的油膜厚8-12nm,在80km/h-120km/h的运动速度下两者膜厚差别增加,最大达到50nm。