[发明专利]一种仿生抗冲蚀表面结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面结构，特别涉及一种仿生抗冲蚀表面结构。

背景技术

固体冲蚀磨损是由于机械表面和以一定速度运动的固体颗粒之间的相互作用而造成表面质量的损失。它会使工程材料产生裂缝，工业产品的耐久性降低并且还会导致大量的潜在的安全问题等。为了解决这个固体冲蚀磨损问题,先前的研究可以分为三类:复合材料，材料改性和表面涂层。对于复合材料来说，它与单一金属合金和聚合物相比具有良好的强度和低密度的特性,在航空航天抗冲蚀方面广泛应用，但是技术难度较大，工程周期长，成本高；材料改性是通过改变材料内部微观结构来改善其抗冲蚀性，但受材料本身机械性能限制，效果有限；表面涂层包括喷涂的涂料和涂层的厚度等，这在一定程度上可以减少其冲蚀性，但涂层结合强度有限，容易脱落，制造工艺复杂，成本高。

随着仿生学研究的不断深入，许多科学与技术难题都可以从生物界获得灵感。沙漠蝎子生活在恶劣的沙漠地区,常常受到风沙的侵蚀。它们为了适应生存在自然选择的条件下背板上进化出特殊的结构，其包含V型槽、凸包和正六边形凹坑结构。这些结构相互配合、协同作用，为设计制造仿生抗冲蚀材料提供了天然的生物蓝本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种仿生抗冲蚀表面结构。

本发明是基于沙漠蝎子优异抗冲蚀体表结构形态，设计出V型槽、凸包、正六边形凹坑结构，这些结构在不同大小的固体颗粒的高速冲击下，能够改变材料表面的气固两相流的流动状态及减小固体颗粒的冲击速度，从而可以降低材料在冲蚀过程中的冲蚀率，提高其抗冲蚀性能。

本发明的设计思想是来自沙漠蝎子背板表面的V型槽、凸包、正六边形凹坑结构。对沙漠蝎子背板表面的微结构进行特征分析，并以提高材料表面抗冲蚀性能为目标进行试验优化设计，确定了仿生抗冲蚀表面结构的设计方案。

本发明是在工程材料表面开设有若干V型槽，若干V型槽平行分布，两相邻V型槽之间的脊的宽度相同，在V型槽的脊上具有凸包和正六边形凹坑。

所述的V型槽的边长a为4mm，V型槽两边缘间距b为4mm，V型槽的截面为等边三角形。所述脊的宽度c为4mm。

所述的凸包均匀分布在V型槽的脊上，凸包的凸出直径d为1mm的半个球体,相邻凸包之间的间距e为2mm。

所述正六边形凹坑位于V型槽脊上的相邻凸包之间，凸包在每个脊上分布两列。以脊平面为基准，正六边形凹坑向下凹坑深度f为0.3mm，边长g为0.5mm，正六边形凹坑在每个脊上分布四列。

本发明能够应用于易受冲蚀磨损的机构或部件，以提高其抗冲蚀性能，从而延长其使用寿命。

本发明的仿生结构能够改变材料表面的气固两相流的流动状态，减小固体颗粒撞击材料表面的次数，并且由于凹槽内部的逆时针方向旋转的空气垫的作用，减小固体粒子下落的速度进而降低固体粒子撞击材料表面的动能从而使得材料在不同尺寸固体颗粒的冲蚀过程中降低冲蚀率，提高其抗冲蚀性能。

本发明的有益效果：

本发明不用改变工程材料材料内部微观结构并且也不用在材料表面进行涂层，只是在工程材料表面设置仿生微结构就可以改善结构或部件的抗冲蚀性能，具有制造工艺简单，技术难度小，耗时少，成本低的优点。

附图说明

图1是发明的结构示意图。

图2是本发明的局部俯视图。

图3是本发明的凸包结构示意图。

图4是本发明的正六边形凹坑结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明是在工程材料表面开设有若干V型槽1，若干V型槽1平行分布，两相邻V型槽1之间的脊11的宽度相同，在V型槽1的脊11上具有凸包2和正六边形凹坑3。

所述的V型槽1的边长a为4mm，V型槽1两边缘间距b为4mm，V型槽1的截面为等边三角形。所述脊11的宽度c为4mm。

所述的凸包2均匀分布在V型槽1的脊11上，凸包2的凸出直径d为1mm的半个球体,相邻凸包2之间的间距e为2mm。

所述正六边形凹坑3位于V型槽1脊11上的相邻凸包2之间，凸包2在每个脊11上分布两列。以脊11平面为基准，正六边形凹坑3向下凹坑深度f为0.3mm，边长g为0.5mm，正六边形凹坑3在每个脊11上分布四列。

本发明能够应用于易受冲蚀磨损的机构或部件，以提高其抗冲蚀性能，从而延长其使用寿命。

本发明的仿生结构能够改变材料表面的气固两相流的流动状态，减小固体颗粒撞击材料表面的次数，并且由于凹槽内部的逆时针方向旋转的空气垫的作用，减小固体粒子下落的速度进而降低固体粒子撞击材料表面的动能从而使得材料在不同尺寸固体颗粒的冲蚀过程中降低冲蚀率，提高其抗冲蚀性能。