结冰现象在自然界中普遍存在,但此现象若发生在工业领域则容易造成重大的安全隐患,特别是飞机机翼的迎风表面。因此,研究如何防止表面结冰非常重要。有研究表明,生物表面的超疏水现象对表面抗结冰性能有良好的促进作用。在本研究工作中以航空应用的金属钛合金为基底,以仿生功能微结构特点为切入点,对金属表面抗冻性能与表面微结构之间的关系展开研究。首先,采用高效的纳秒脉冲激光烧蚀技术在钛合金表面制备仿生微结构。随后,在激光加工过程中附加磁场辅助加工,研究磁场对激光加工的影响。最后,在激光织构化的表面进一步通过水热合成法形成具有微/纳米分级结构的表面。系统的表征了各种工艺对表面的微结构形貌、润湿性以及抗冻性能的影响并分析了其机理。在此工作中,通过激光烧蚀加工在钛合金表面制备三种基础几何微结构,并通过理论分析与实验验证得出微锥形结构为最优图案。通过对激光参数的调节进行微锥形结构尺寸的优化,发现微锥形结构尺寸对表面固-液接触状态具有一定的影响。当表面固-液接触状态为Cassie-Baxter状态时表面抗冻性能最优。通过分析可知,磁场对激光加工会有潜在的影响。在磁场的作用下,因激光加工产生的等离子体和熔池会受到反向洛伦兹力的阻尼作用使结构形貌产生变化。但需要非常强的磁场才能提高影响效果的稳定性。结合激光加工与水热法在钛合金表面上制备出四种微/纳米分级结构。结果显示,这四种微/纳米分级结构均可以在常温下与水滴形成Cassie-Baxter的接触状态。抗冻表征结果显示,在过冷态环境中,水滴在光滑的钛合金表面上结冰需要约3分钟,在具有微锥形阵列结构的钛合金表面上结冰需要的时间延长超过30分钟,而在具有针状纳米形貌的微锥形阵列结构的钛合金表面上结冰时间延长70分钟以上。本工作通过调节表面微结构增强钛合金表面抗冻性能,分析其潜在机理,对于制备具有抗冻性能的新型材料有重大意义。