三種鋼基疏水表面微觀形貌的分形特征及其對潤濕性的影響

蔣華義, 劉 梅, 齊紅媛, 梁愛國, 王玉龍,4, 孫娜娜, 武 哲

(1. 西安石油大學石油工程學院, 西安 710065;2. 西安石油大學陜西省油氣田特種增產技術重點實驗室, 西安 710065;3. 克拉瑪依紅山油田有限責任公司, 克拉瑪依 834000;4. 西安交通大學能源與動力工程學院, 西安 710069)

潤濕性是固體表面的重要特征之一, 由微觀幾何結構和表面化學組成共同決定[1]. 研究結果表明, 通過使材料表面的潤濕性達到超疏水狀態可以顯著減少流體的流動阻力[2,3], 從而減少能耗損失, 提高能源利用率, 降低成本, 對于解決石油化工、 流體機械等行業中的流動減阻問題至關重要.

鋼以其低廉的價格、 優良的耐腐蝕性及較強的機械性能等特征成為輸油管道等管道流動行業中至關重要的材料, 具有較好的經濟價值. 選取鋼作為基體材料, 在其表面構造不同的表面微觀形貌[4～6], 可以研究材料表面潤濕性與流動阻力的關系. 通常, 超疏水表面的微觀形貌具有粗糙、 隨機和復雜的特性, 其特征通常采用表面粗糙度來評定. 但表面粗糙度僅僅與尺度有關, 且受限于儀器的分辨率及采樣長度等[7], 基于統計學獲得的表面特征參數不能夠準確全面地反映出其表面的形貌信息. 因此, 引入了分形理論, 借助與尺度無關的分形參數定量表征材料表面的微觀形貌. Zhu等[8]使用Matlab軟件測量了瞬時爆炸載荷作用下的金屬彈殼碎片的體積分形維數和線分形維數, 發現其具有統計自相似性的特征, 說明采用分形……