[发明专利]一种仿生减阻表面及其制造方法

说明书

本发明公开了一种仿生减阻表面及其制造方法，包括从下至上依次设置的基板、烧结层和柔性层，烧结层和柔性层构成凸包结构，烧结层和柔性层之间设有纳米颗粒填充过渡层。结合烧结技术和微结构转印实现具有减阻/防污功能表面。该方法可以精确的制造柔性包裹微小凸起双层减阻表面的制造，烧结成型体和填充改良PDMS使得该表面具有自愈性和耐磨性，具有广泛的应用前景。具有工艺简单，制造成本低、生产效率高和可重复的独特优势，本发明为防污/减阻表面的制造提供一种全新的解决方案。

技术领域

本发明涉及一种减阻结构，特别是涉及一种减阻结构及其制造方法。

背景技术

近年来，能源紧缺日渐严峻，减阻性能的研究成为一个重要课题，而水下减阻是研究者们不断追求优化的方向。现有研究表明减阻技术按照是否有无能量的输入主要分为主动减阻和被动减阻两种方式，其中主动减阻中需要主动输入能量和减阻效果并不理想，主动减阻设备复杂和减阻效果的不佳。而早期发现粗糙的表面减阻性能更佳，打破越光滑减阻效果越好的传统观念，因此带有规律的凸起的被动减阻表面研究一直维持至今。为达到更佳的减阻效果，许多减阻结构的和制造方法被同时提及，例如仿鲨鱼沟槽的精密加工技术和滚压制造技术和仿海豚表面结构的3D打印技术和铸造成型技术。这些方法制造的规律凸起表面具有高精度和成型效果好的优点，但是在水流长期的腐蚀这些表面下，这些制造的减阻表面并不具备耐磨性、抗腐蚀性和防污性，因此在本发明减阻表面中即保持减阻功能同时提高这些表面的耐磨和抗腐蚀性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种仿生减阻表面，采用凸包结构，减阻表面具有减阻与防污功能的同时，还具有耐磨性、抗腐蚀性和自愈性；本发明的目的之二是提供一种仿生减阻表面的制备方法，针对具有凸包结构的减阻表面的凸起特征难以被加工制造的问题，制造烧结模具，再利用烧结粉末进行烧结工艺，然后填充改良PDMS，制备出表面形状、尺寸可控，而且具有柔性、疏水、耐磨的特点的复合减阻表面。

技术方案：本发明所述的一种仿生减阻表面，其包括从下至上依次设置的基板、烧结层和柔性层，烧结层和柔性层构成凸包结构；烧结层和柔性层之间设有纳米颗粒填充过渡层。

其中，凸包结构可以是锥形凸起、圆柱形凸起或球形凸起，也可以根据实际需要进行自行设计。

本发明是一种具有双层结构减阻/防污表面，从下至上由金属板基底、烧结层/混合纳米颗粒的PDMS和柔性的混合纳米颗粒的PDMS胶体层组成。光滑的金属基底可以较容易配合其它表面，贴合实际的运用；在多孔烧结层中填充混合纳米颗粒的PDMS可以减少孔隙带来的金属腐蚀，增强减阻/防污表面的耐磨和疏水性，进一步提高表面防污性；在减阻/防污表面表层也是一层混合纳米颗粒的PDMS胶体层，在这一层中用来保证凸包结构的尺寸要求和保护凸起结构在水流冲击下的耐磨性、抗污性和抗氧化，增加表面工作寿命。最终形成的减阻/防污表面的制造方便，工艺简单，突破常规凸包结构的制造方式，适应性强，具有良好的应用前景。

本发明还提供了一种仿生减阻表面的制造方法，是一种具有凸起特征的烧结金属填充改良PDMS减阻/防污表面制制造方法，针对具有凸包结构的减阻表面的凸起特征难以被加工制造的问题，制造烧结模具，再利用烧结粉末进行烧结工艺，然后填充改良PDMS，制备出表面形状、尺寸可控，而且具有柔性、疏水、耐磨的特点的复合减阻表面。

本发明以金属板为基底，采用金属粉末烧结技术将烧结粉末同基底一体烧结成型，脱模形成具有凸起结构的多孔烧结板材，通过真空填充方法填充改良PDMS，最终通过高温定型制备出具有凸起特征的填充改良PDMS防污/减阻表面。

上述制造方法包括以下步骤：

(1)将烧结粉末置于带有凹坑结构的模具中，震荡压实处理；其中，凹坑结构与设计的减阻表面凸包结构相匹配；

(2)使用超声波清洗工具将金属基板表面清理干净，将基板置于烧结粉末上，烧结成型，脱模处理得到烧结板材；