[发明专利]一种用于涉水的减阻减摩仿生织构

说明书

本发明公开了一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，包括基体材料和设于基体材料表面的若干仿生突起，所述仿生突起整体为扇形柱，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽定义穿过扇形柱的轴心线的平面与曲面形凹槽交线为纵向剖面，所述扇形柱的所有纵向剖面相同，所述纵向剖面的顶部曲线靠近扇形柱中心一段为下凹陡坡曲线，相对另一段为平缓坡曲线。由于的曲面形凹槽具有明显的涡流效应，减阻减摩仿生织构可以在海水环境中将海水流动形成涡流从而形成滚轴效应，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，并增强流体动压效应，摩擦系数降低率高达60％以上。

技术领域

本发明属于仿生材料领域，涉及一种减阻减摩仿生材料，尤其涉及一种用于涉水的减阻减摩仿生织构。

背景技术

与陆地环境相比，海洋环境更为苛刻、复杂。海洋水下航行器的螺旋桨的等部件在安装、服役期间会承受多种载荷的影响，同样，也会受到海水或/和油气介质引起的腐蚀，以及可能遇到的低温或高温环境的作用。因此，提高水下航行器的螺旋桨等部件的减阻减摩性能具有重要意义，到目前为止，多种表面工程技术如强流脉冲离子束表面改性、激光熔覆、离子注入、物理气相沉积、激光表面织构化等方法已经被应用于提高金属表面的耐磨性。

在多种表面工程技术中，激光表面织构由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点受到了广泛的关注，而在水下螺旋桨方面，目前的减摩减阻方式的制备工艺比较复杂，成本较高，不易于工业化生产。实现水下螺旋桨的减阻减摩需要一种新型的制备工艺简单，经济易于操作的表面织构。

发明内容

本发明的目的正是基于上述问题，提出了一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，可以应用于水下螺旋桨的表面减阻结构，由于仿生突起顶部的曲面形凹槽，涡流效应明显，可以在海水环境中将海水流动形成涡流从而形成“滚轴”效应，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，并增强流体动压效应，于空白试样相比，摩擦系数降低率高达60％以上。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，其特征在于：包括基体材料和设于基体材料表面的若干仿生突起，所述仿生突起整体为扇形柱，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽。

进一步地，定义穿过扇形柱的轴心线的平面与曲面形凹槽交线为纵向剖面，所述扇形柱的所有纵向剖面相同，所述纵向剖面的顶部曲线靠近扇形柱中心一段为下凹陡坡曲线，相对另一段为平缓坡曲线。

进一步地，所述下凹陡坡曲线和平缓坡曲线的坡度均为渐变式，越靠近圆心一侧坡度越陡。

进一步地，所述纵向剖面中，所述顶部曲线最低点距离扇形柱轴心线的距离为扇形柱半径的1/2-1/5。

进一步地，所述仿生突起的扇形尖端方向为基体材料表面迎流方向。

进一步地，所述仿生突起整体为扁平型的扇形柱，即扇形柱的高度半径比小于1。

进一步地，所述扇形柱的半径为0.1-100微米，扇形柱高度为0.1-20微米。

进一步地，顶部曲线最低点距离扇形柱顶部距离(曲面形凹槽最深深度)为扇形柱高度的1/2-4/5。

进一步地，所述仿生突起在基体材料表面阵列形分布，进一步，可以优选为行列型阵列分布。

进一步地，所述仿生突起占基体材料表面面积的5％-40％

进一步地，所述仿生突起的生成方式为：先定义纵向剖面形状，将纵向剖面绕着扇形柱的轴心线旋转β角度，即得到所述仿生突起，β取值范围为30-150度。

本发明减阻减摩原理如下：