[發明專利]耐沖蝕磨損的仿生微結構表面及單元

有效

• 申請號: 202011184926.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112283570B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 錢忠東;董靜;薛龍建
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種耐沖蝕磨損的仿生微結構表面及單元，仿生于沙漠蜥蜴體表鱗片的結構特征，由完全相同的仿生微結構單元向同一方向連續排列而成，仿生微結構單元為七面體，仿生微結構單元的底面為正六邊形、頂面為六邊形且與底面一邊重合、五個側面均垂直于底面，頂面與底面的夾角為迎流角，同一列的仿生微結構首尾緊密連接，相鄰兩列的仿生微結構緊密連接且相互錯開一半。本發明能改變材料表面的兩相流動狀態、削弱固體顆粒對材料表面的磨損作用，提高了耐沖蝕磨損的性能，結構簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于微結構表面領域，具體涉及一種耐沖蝕磨損的仿生微結構表面及單元。

背景技術

沖蝕磨損是指流體攜帶固體顆粒以一定角度和速度沖擊材料表面而使材料從表面流失的一種現象。當設備運行在氣固或液固兩相流中時，其零部件不可避免的受到固體顆粒的沖蝕磨損破壞，沖蝕磨損不僅會引起零部件的變形、失效，造成經濟損失，嚴重時會引發安全事故，造成人員傷亡。

仿生研究者發現生活于含沙環境中的生物體表幾乎沒有任何損傷，這些生物體的體表都具有非光滑表面結構，為抗磨損研究提供了的新思路。現有研究主要基于沙漠蝎子的體表結構特征，提出了V型槽、凸包、凹坑及條紋等具有一定抗磨損性能的仿生特征結構，但這些研究僅局限于上述單一特征結構的參數優化或者多個特征結構的簡單組合。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐沖蝕磨損的仿生微結構表面及單元，仿生于沙漠蜥蜴體表鱗片的結構特征，能改變材料表面的兩相流動狀態、削弱固體顆粒對材料表面的磨損作用，提高了耐沖蝕磨損的性能，結構簡單，成本低。

本發明所采用的技術方案是：

一種耐沖蝕磨損的仿生微結構表面，仿生于沙漠蜥蜴體表鱗片的結構特征，由完全相同的仿生微結構單元向同一方向連續排列而成，仿生微結構單元為七面體，仿生微結構單元的底面為正六邊形、頂面為六邊形且與底面一邊重合、五個側面均垂直于底面，頂面與底面的夾角為迎流角，同一列的仿生微結構首尾緊密連接，相鄰兩列的仿生微結構緊密連接且相互錯開一半。

進一步地，仿生微結構單元的底面邊長為0.4～1.5mm、迎流角為12～29°。

優選地，仿生微結構單元的底面邊長為0.56mm、迎流角為19°。

一種耐沖蝕磨損的仿生微結構單元，呈七面體形狀，底面為正六邊形、頂面為六邊形且與底面一邊重合、五個側面均垂直于底面，頂面與底面的夾角為迎流角。

進一步地，底面邊長為0.4～1.5mm、迎流角為12～29°。

優選地，底面邊長為0.56mm、迎流角為19°。

本發明的有益效果是：

本發明仿生于沙漠蜥蜴體表優異的抗沖擊磨損鱗片，綜合考慮了鱗片的大小、形狀和分布特征，采用仿生微結構單元排列而成，結構簡單，成本低，同一列的仿生微結構首位緊密連接、相鄰兩列的仿生微結構緊密連接且相互錯開一半的設置，不僅還原了沙漠蜥蜴體表鱗片連續分布的基本特征，充分尊重了自然選擇的結果，而且仿生微結構單元被其它仿生微結構單元包圍，實現了對材料表面的全覆蓋，關鍵是，交錯的設置形成了穩定的漩渦結構，在不同形狀、大小的固體顆粒沖擊下，漩渦結構使顆粒遠離材料表面，改變材料表面的兩相流動狀態，或者改變顆粒對材料表面的磨損類型，削弱固體顆粒對材料表面的磨損作用，提高了耐沖蝕磨損的性能。

附圖說明

圖1是本發明實施例中耐沖蝕磨損的仿生微結構表面的示意圖。

圖2是圖1的正視圖。

圖3是圖1的側視圖。

圖4是圖1的俯視圖。

圖5是本發明實施例中仿生微結構單元的示意圖。

圖6是圖5的正視圖。