[發明專利]一種仿生抗沖蝕表面結構

在審

• 申請號: 201710219588.3
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106838598A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張俊秋;陳文娜;陳思琪;韓志武;陳道兵;楊明康;朱斌;牛士超;劉林鵬;宋洪烈;張卡
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種表面結構，特別涉及一種仿生抗沖蝕表面結構。

背景技術

固體沖蝕磨損是由于機械表面和以一定速度運動的固體顆粒之間的相互作用而造成表面質量的損失。它會使工程材料產生裂縫，工業產品的耐久性降低并且還會導致大量的潛在的安全問題等。為了解決這個固體沖蝕磨損問題,先前的研究可以分為三類:復合材料，材料改性和表面涂層。對于復合材料來說，它與單一金屬合金和聚合物相比具有良好的強度和低密度的特性,在航空航天抗沖蝕方面廣泛應用，但是技術難度較大，工程周期長，成本高；材料改性是通過改變材料內部微觀結構來改善其抗沖蝕性，但受材料本身機械性能限制，效果有限；表面涂層包括噴涂的涂料和涂層的厚度等，這在一定程度上可以減少其沖蝕性，但涂層結合強度有限，容易脫落，制造工藝復雜，成本高。

隨著仿生學研究的不斷深入，許多科學與技術難題都可以從生物界獲得靈感。沙漠蝎子生活在惡劣的沙漠地區,常常受到風沙的侵蝕。它們為了適應生存在自然選擇的條件下背板上進化出特殊的結構，其包含V型槽、凸包和正六邊形凹坑結構。這些結構相互配合、協同作用，為設計制造仿生抗沖蝕材料提供了天然的生物藍本。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，而提供一種仿生抗沖蝕表面結構。

本發明是基于沙漠蝎子優異抗沖蝕體表結構形態，設計出V型槽、凸包、正六邊形凹坑結構，這些結構在不同大小的固體顆粒的高速沖擊下，能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動狀態及減小固體顆粒的沖擊速度，從而可以降低材料在沖蝕過程中的沖蝕率，提高其抗沖蝕性能。

本發明的設計思想是來自沙漠蝎子背板表面的V型槽、凸包、正六邊形凹坑結構。對沙漠蝎子背板表面的微結構進行特征分析，并以提高材料表面抗沖蝕性能為目標進行試驗優化設計，確定了仿生抗沖蝕表面結構的設計方案。

本發明是在工程材料表面開設有若干V型槽，若干V型槽平行分布，兩相鄰V型槽之間的脊的寬度相同，在V型槽的脊上具有凸包和正六邊形凹坑。

所述的V型槽的邊長a為4mm，V型槽兩邊緣間距b為4mm，V型槽的截面為等邊三角形。所述脊的寬度c為4mm。

所述的凸包均勻分布在V型槽的脊上，凸包的凸出直徑d為1mm的半個球體,相鄰凸包之間的間距e為2mm。

所述正六邊形凹坑位于V型槽脊上的相鄰凸包之間，凸包在每個脊上分布兩列。以脊平面為基準，正六邊形凹坑向下凹坑深度f為0.3mm，邊長g為0.5mm，正六邊形凹坑在每個脊上分布四列。

本發明能夠應用于易受沖蝕磨損的機構或部件，以提高其抗沖蝕性能，從而延長其使用壽命。

本發明的仿生結構能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動狀態，減小固體顆粒撞擊材料表面的次數，并且由于凹槽內部的逆時針方向旋轉的空氣墊的作用，減小固體粒子下落的速度進而降低固體粒子撞擊材料表面的動能從而使得材料在不同尺寸固體顆粒的沖蝕過程中降低沖蝕率，提高其抗沖蝕性能。

本發明的有益效果：

本發明不用改變工程材料材料內部微觀結構并且也不用在材料表面進行涂層，只是在工程材料表面設置仿生微結構就可以改善結構或部件的抗沖蝕性能，具有制造工藝簡單，技術難度小，耗時少，成本低的優點。

附圖說明

圖1是發明的結構示意圖。

圖2是本發明的局部俯視圖。

圖3是本發明的凸包結構示意圖。

圖4是本發明的正六邊形凹坑結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明是在工程材料表面開設有若干V型槽1，若干V型槽1平行分布，兩相鄰V型槽1之間的脊11的寬度相同，在V型槽1的脊11上具有凸包2和正六邊形凹坑3。

所述的V型槽1的邊長a為4mm，V型槽1兩邊緣間距b為4mm，V型槽1的截面為等邊三角形。所述脊11的寬度c為4mm。

所述的凸包2均勻分布在V型槽1的脊11上，凸包2的凸出直徑d為1mm的半個球體,相鄰凸包2之間的間距e為2mm。

所述正六邊形凹坑3位于V型槽1脊11上的相鄰凸包2之間，凸包2在每個脊11上分布兩列。以脊11平面為基準，正六邊形凹坑3向下凹坑深度f為0.3mm，邊長g為0.5mm，正六邊形凹坑3在每個脊11上分布四列。

本發明能夠應用于易受沖蝕磨損的機構或部件，以提高其抗沖蝕性能，從而延長其使用壽命。

本發明的仿生結構能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動狀態，減小固體顆粒撞擊材料表面的次數，并且由于凹槽內部的逆時針方向旋轉的空氣墊的作用，減小固體粒子下落的速度進而降低固體粒子撞擊材料表面的動能從而使得材料在不同尺寸固體顆粒的沖蝕過程中降低沖蝕率，提高其抗沖蝕性能。