[發明專利]采用脈沖電鑄方法制作有鱗生物表皮形貌復制模板的復制方法

無效

• 申請號: 200910076509.3
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101487130A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 張德遠;韓鑫;連志陽;李元月;李翔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C25D1/10
• 分類號: C25D1/10;B63B1/34;B64C21/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種對有鱗生物表皮形貌進行復制的工藝，更特別地說，是指一種通過脈沖電鑄方法來直接復制有鱗生物表皮形貌的復制模板的制備方法。

背景技術

在節能降耗早已成為當今社會的共同、迫切需求的大背景下，降低各種管道的管壁表面與輸送介質之間的阻力以提高管道輸送能力、節約管道輸送的能源消耗，對于國民經濟和國防安全具有重要意義。自然界的很多生物，尤其是一些有鱗表皮生物，如金槍魚、鯊魚、鱘魚、旗魚或者箭魚等。由于其表面的特殊結構而具有很好的減阻效果，這為我們提供了很好的減阻模板。

目前，在現有技術條件下對有鱗生物表皮形貌復制模板的制備主要集中在對其體表微觀形貌的仿形制造上，多是在對有鱗生物表皮微觀形貌進行抽象、簡化、放大的基礎上，借助微細機械加工(如微雕刻)、高能束加工(如激光燒結、等離子體刻蝕)、半導體加工(如LIGA技術)等方法來仿制成型出有鱗生物表皮形貌模板。USPatents：4753401、4930729、4863121、5386955、5606201分別公開了采用仿形加工方法成型出仿鯊魚減阻表皮的制備方法，采用上述仿制技術手段不僅成型效率低、成本高，而且所仿制出的仿生物表皮逼真程度差、減阻效率低，直接限制了仿生減阻表皮的工程化應用。

精密電鑄技術是利用金屬的電解沉積原理來精確復制某些微細、復雜或難于用其他方法加工的特殊形狀工件的特種成形方法。其中，脈沖電鑄法是當前較為常用的精密電鑄方法，其原理是利用電流(或電壓)脈沖的張弛增加陰極的活化極化和降低陰極的濃差極化，從而改善鑄層的物理化學性能。該方法具有仿形精度高、表面質量好、設備簡單、操作容易等優點，尤其對于復制微細復雜結構具有明顯優勢。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種采用脈沖電鑄方法制作出的有鱗生物表皮形貌的復制模板，應用復制模板作為復制仿生減阻蒙皮的模具，其制作出的仿生物減阻蒙皮可以作為輸送管道的減阻表面；制作出的仿生物減阻蒙皮具有與原始生物表皮形貌90％以上的逼真度，能夠有效地提高輸送管道減阻表面的減阻率。采用本發明方法能夠直接制得金屬陰模板，可以直接作為成形模具在各種管道內壁上壓制出仿生減阻表面。

本發明的另一目的是提出一種采用脈沖電鑄方法制作復制模板的復制工藝，該復制工藝先將有鱗生物表皮制成生物表皮干燥樣本，然后進行樣本加固及防水→樣本導電層傾斜濺射→電鑄前超聲波脫氣→脈沖電鑄制模→加熱脫模，最后制得復制模板。本發明的復制工藝充分借助有鱗生物表皮的獨特外形和結構特點，直接對生物體進行電鑄復型，最終實現有鱗生物體表微觀形貌的高逼真復制。

本發明制作有鱗干燥試樣表皮的優點：(1)對原有鱗生物表皮采用平面釘板或框架加固進行清洗、固化、脫水、干燥，未破壞生物原型形貌，其原型結構完好率在95％以上；(2)在2.5％戊二醛溶液中化學固定使生物原型結構的機械性能得到有效提高，其硬度和強度提高80％以上；(3)經不同濃度的乙醇溶液脫水后進行烘干使試樣表皮的含水率得到有效降低，其含水率低于10％。(4)采用本發明方法能夠直接制得金屬陰模板，可以直接作為成形模具在各種材質(管道內壁)上壓制出仿生減阻表面。(5)陰模板可采用各種金屬材料，來源廣泛，并且長期重復使用。

附圖說明

圖1是本發明采用脈沖電鑄方法制作生物表皮形貌復制模板的工藝流程框圖。

圖2是干燥試樣表皮置于濺射室的裝配示意圖。

圖3是脈沖電鑄的裝配示意圖。

圖4是闊口真鯊的魚皮表面形貌SEM照片。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

參見圖1所示，本發明是一種采用脈沖電鑄方法制作有鱗生物表皮形貌復制模板的復制方法，其特征在于有下列復制工藝步驟：

第一步：制作有鱗生物表皮樣本

(A)將購入的原有鱗生物表皮經去離子水清洗3～6次后，將其在質量百分比濃度為2.5％戊二醛溶液中化學固定6h～8h，化學固定溫度0℃～4℃，制得固定試樣表皮；

(B)將經(A)步驟制得的固定試樣表皮采用去離子水清洗3～6次后，將其依次放入質量百分比濃度50％乙醇溶液中脫水20min～30min、質量百分比濃度75％乙醇溶液中脫水20min～30min、質量百分比濃度95％乙醇溶液中脫水20min～30min、質量百分比濃度100％乙醇溶液中脫水20min～30min，制得脫水試樣表皮；