方柱微结构表面熔渣接触角的数值模拟研究

李立鸿，陈 豪，张泽飞，白 皓

1.汕头华兴冶金设备股份有限公司，广东 汕头 515063；2.饶平粤兴铜加工有限公司，广东 潮州 515726；3.北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083

钢铁生产中一些生产设备会受到高温熔渣的熔蚀，导致设备损坏[1].因此，降低熔渣对生产设备的熔蚀危害可提高设备的寿命.目前，可以采用涂覆陶瓷涂层的方法对设备进行高温防护.根据液固界面润湿理论[2]，可考虑通过降低陶瓷涂层对熔渣的润湿性，减少熔渣在表面的停留，避免熔渣对设备表面的熔蚀，进而提高设备的寿命.目前降低液体润湿性的方法有两种，一种是在表面修饰低表面能物质，另一种是在固体表面制备微观粗糙结构.常用的低表面能物质使用温度在500 ℃以下，但设备工作环境在1000 ℃以上，而表面制备粗糙结构不受温度限制，因此可通过在涂层表面构造粗糙结构的方式降低涂层对熔渣的润湿性.

Young[3]提出了光滑表面上的液体润湿方程，但实际表面都存在粗糙度，Wenzel[4]和Cassie[5]根据Young提出的润湿理论，分别提出了在粗糙表面上的润湿模型，模型如图1所示.

图1 润湿状态模型

Wenzel假设液体在均相粗糙表面上总是能够润湿粗糙结构间的凹槽，并提出了粗糙因子r，推导得到了液体在固体表面的表观接触角与粗糙因子及固体表面本征接触角之间的表达式，即cosθc=r·cosθa.式中θa为固体表面本征接触角，θc为粗糙表面的表观接触角，r为粗糙表面实际固液接触面积与投影面积的比值.Cassie认为表面由多……