本發(fā)明涉及一種表面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種仿生抗沖蝕表面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

固體沖蝕磨損是由于機(jī)械表面和以一定速度運(yùn)動(dòng)的固體顆粒之間的相互作用而造成表面質(zhì)量的損失。它會(huì)使工程材料產(chǎn)生裂縫，工業(yè)產(chǎn)品的耐久性降低并且還會(huì)導(dǎo)致大量的潛在的安全問題等。為了解決這個(gè)固體沖蝕磨損問題,先前的研究可以分為三類:復(fù)合材料，材料改性和表面涂層。對(duì)于復(fù)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(qiáng)度和低密度的特性,在航空航天抗沖蝕方面廣泛應(yīng)用，但是技術(shù)難度較大，工程周期長，成本高；材料改性是通過改變材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)來改善其抗沖蝕性，但受材料本身機(jī)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(jié)合強(qiáng)度有限，容易脫落，制造工藝復(fù)雜，成本高。

隨著仿生學(xué)研究的不斷深入，許多科學(xué)與技術(shù)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(qū),常常受到風(fēng)沙的侵蝕。它們?yōu)榱诉m應(yīng)生存在自然選擇的條件下背板上進(jìn)化出特殊的結(jié)構(gòu)，其包含V型槽、凸包和正六邊形凹坑結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)相互配合、協(xié)同作用，為設(shè)計(jì)制造仿生抗沖蝕材料提供了天然的生物藍(lán)本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種仿生抗沖蝕表面結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是基于沙漠蝎子優(yōu)異抗沖蝕體表結(jié)構(gòu)形態(tài)，設(shè)計(jì)出V型槽、凸包、正六邊形凹坑結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在不同大小的固體顆粒的高速?zèng)_擊下，能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動(dòng)狀態(tài)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(fā)明的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。對(duì)沙漠蝎子背板表面的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征分析，并以提高材料表面抗沖蝕性能為目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了仿生抗沖蝕表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

本發(fā)明是在工程材料表面開設(shè)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(gè)球體,相鄰?fù)拱g的間距e為2mm。

所述正六邊形凹坑位于V型槽脊上的相鄰?fù)拱g，凸包在每個(gè)脊上分布兩列。以脊平面為基準(zhǔn)，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(gè)脊上分布四列。

本發(fā)明能夠應(yīng)用于易受沖蝕磨損的機(jī)構(gòu)或部件，以提高其抗沖蝕性能，從而延長其使用壽命。

本發(fā)明的仿生結(jié)構(gòu)能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動(dòng)狀態(tài)，減小固體顆粒撞擊材料表面的次數(shù)，并且由于凹槽內(nèi)部的逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的空氣墊的作用，減小固體粒子下落的速度進(jìn)而降低固體粒子撞擊材料表面的動(dòng)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(fā)明的有益效果：

本發(fā)明不用改變工程材料材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)并且也不用在材料表面進(jìn)行涂層，只是在工程材料表面設(shè)置仿生微結(jié)構(gòu)就可以改善結(jié)構(gòu)或部件的抗沖蝕性能，具有制造工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)難度小，耗時(shí)少，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的局部俯視圖。

圖3是本發(fā)明的凸包結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的正六邊形凹坑結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明是在工程材料表面開設(shè)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(gè)球體,相鄰?fù)拱?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?fù)拱?之間，凸包2在每個(gè)脊11上分布兩列。以脊11平面為基準(zhǔn)，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(gè)脊11上分布四列。

本發(fā)明能夠應(yīng)用于易受沖蝕磨損的機(jī)構(gòu)或部件，以提高其抗沖蝕性能，從而延長其使用壽命。

本發(fā)明的仿生結(jié)構(gòu)能夠改變材料表面的氣固兩相流的流動(dòng)狀態(tài)，減小固體顆粒撞擊材料表面的次數(shù)，并且由于凹槽內(nèi)部的逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的空氣墊的作用，減小固體粒子下落的速度進(jìn)而降低固體粒子撞擊材料表面的動(dòng)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。