一种具有复合涂层胶的仿生抗冲蚀表面的制作方法

本发明涉及工程机械表面工程技术领域，具体涉及一种具有复合涂层胶的仿生抗冲蚀表面。

背景技术：

冲蚀磨损广泛存在于机械，冶金，能源，化工，航天等诸多部门，其带来的危害随处可见：冲蚀磨损在风机、水泵、涡轮叶片、螺旋桨等方面广泛存在，特定环境下是这些机械磨损的主要原因。

工业生产中为了减小冲蚀破坏带来的影响，采取了应用纤维和聚合物增强的新型材料、表面材料改性和强化、改变工程设计及改变两相流特性的办法并取得了一定的效果。但这些方法往往工艺或设计复杂、工程周期长、成本高、受材料本身机械性能限制，并且没有涉及冲蚀对结构内部的影响。

随着仿生学的发展，人们受到自然界生物的启发，将仿生学的方法用于冲蚀磨损的研究中，发现了解决抵抗磨损的新途径。沙漠蜥蜴生活于风沙冲蚀严重的沙漠地区，其体表形态及皮肤结构，包括其鳞片的沟槽排列的凸包结构以及皮肤分层结构的耦合作用，使沙漠蜥蜴拥有了优良的抗风沙冲蚀能力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有复合涂层胶的仿生抗冲蚀表面，用以解决机械工程表面工程的抗冲蚀磨损问题。本发明结合现有材料学和表面工程技术，从仿生学角度出发，设计具有表面抗冲蚀能力的仿生结构，并结合工程实际中的实施条件与需求，设计出一种易于加工、成本低廉、使用方便的复合涂层胶产品，为解决机械表面冲蚀问题提供了一种新的途径。

本发明包含三层结构，从基体表面向外依次为隔离保护层、粘结层和仿生功能层。

所述的隔离保护层为覆盖于粘结层表面的格拉辛离型纸层或薄硅油纸层，防水隔尘，能够在运输与储存的过程中有效保护粘结层的完整性，使用时由胶面剥离。

所述的粘结层为隔离保护层与仿生功能层之间的一层热熔胶膜，并与仿生功能层胶连。粘结层连接仿生功能层与需要处理的机械件表面，热熔胶膜粘结迅速，操作简单，广泛应用于高分子材料与金属的粘合，保证了仿生功能层与基体连接的强度。

所述的仿生功能层以耐风沙冲蚀性能良好的沙漠蜥蜴皮肤结构为仿生原型，由内层和外层构成，外层为金属硬质材料，内层为软质柔性材料。外层硬质材料单元体为圆形凸包，各个单元体紧密规则分布且互不相连。内层和外层紧密结合在一起，整个仿生功能层允许一定角度下的弯曲。

所述的仿生功能层的复合结构以沙漠蜥蜴皮肤为生物原型进行设计，通过喷射式固体粒子冲蚀磨损试验与数值模拟分析，该复合结构能够有效的抵御与减轻冲击方向为切向和法向的磨粒冲蚀。并且理论分析证明应力波幅值在仿生复合结构内部衰减速度很快，应力卸载能力强，能够有效保护基体免受磨粒冲蚀的影响。

优选的，所述隔离保护层为格拉辛离型纸层或薄硅油纸层，保持分离效果好。

优选的，所述粘结层位eva热熔胶膜，厚度可依据基体性状调整，压烫时间短温度低使用方便，能有效固连仿生功能层与基体。

优选的，所述仿生功能层硬质层材料选取铝合金，软质层材料选取常温rtv-2硫化硅橡胶。硬质层采用冲压工艺进行加工，圆形凸包单元体大小可以根据基体性状调整。分层复合结构采用浇注的方式制作，将rtv-2硅橡胶与固化剂混合后进行浇注，之后使用胶黏剂加固。

本发明的有益效果：

本发明用以解决机械工程表面工程的抗冲蚀磨损问题。本发明不改变材料性质，只在材料表面设置涂层胶，成本低廉，且使用方法简单且适用于多种复杂的机械零件平面与曲面表面。所述的仿生功能层具有良好的抗冲蚀特性，能够有效卸载应力波在基体内的传播，起到了良好的保护作用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的局部剖面示意图。

图3为本发明在曲面基体上的使用的局部剖面示意图。

其中1-隔离保护层；2-粘结层；3-仿生功能层；a-基体。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本实施例包含三层结构，从基体表面向外依次为隔离保护层1、粘结层2和仿生功能层3。

所述的隔离保护层1为覆盖于粘结层表面的薄离型纸层或薄硅油纸层，防水隔尘，能够在运输与储存的过程中有效保护粘结层的完整性，使用时由胶面剥离。所述薄离型纸层为格拉辛离型纸层。

所述的粘结层2为隔离保护层1与仿生功能层3之间的一层热熔胶膜，并与仿生功能层3胶连。粘结层2连接仿生功能层3与需要处理的机械件表面，热熔胶膜粘结迅速，广泛应用于高分子材料与金属的粘合，保证了仿生功能层3与基体连接的强度。

所述的仿生功能层3以耐风沙冲蚀性能良好的沙漠蜥蜴皮肤结构为仿生原型，由内层301和外层302紧密相连构成，外层302为金属硬质材料，内层301为软质柔性材料。外层302硬质材料单元体为圆形凸包，各个单元体紧密规则分布且互不相连。该结构能够有效的抵御与减轻冲击方向为切向和法向的磨粒冲蚀，卸载应力波，减少基体结构受冲蚀磨损的影响。

所述外层302的金属硬质材料为铝合金，内层301的软质柔性材料选取常温rtv-2硫化硅橡胶混合固化剂浇注而成。

由隔离保护层1、粘结层2和仿生功能层3组成的仿生抗冲蚀表面复合涂层胶在生产、储存与运输的过程中可以缠绕成环状或以片状平铺，方便剪裁。

请参阅图3所示，为本发明在曲面基体上的使用方法：

步骤1：剪裁复合涂层胶，剪裁尺寸按照基体表面特征进行设计。对基体a表面进行清洁处理，剥离胶体表面隔离保护层1的离型纸。

步骤2：根据基体a材料与表面性状选择粘结层2热熔胶膜厚度，使用温控加热设备将热熔胶膜加热到烫压温度，控制加热温度在合适的区间内以免伤害的仿生功能层3的硅橡胶材料。

步骤3：将胶体均匀烫压到基体a表面，保证胶体结构各部位与基体a表面紧密粘结且厚度均匀。之后将机件置于室温冷却，检查胶体粘结强度与完整性，边缘处使用胶连剂进行加固处理。

仿生功能层3硬质层圆形凸包单元体大小与软质层厚度根据基体性状与使用工况选择。本实施例中基体a表面为曲面，选用直径较小的单元体，有利于胶体的粘结与抗冲蚀作用的发挥。

本发明用以解决机械工程表面工程的抗冲蚀磨损问题。本发明不改变材料性质，只在材料表面设置涂层胶，成本低廉，且使用方法简单且适用于多种复杂的机械零件平面与曲面表面。所述的仿生功能层具有良好的抗冲蚀特性，能够有效卸载应力波在基体内的传播，起到了良好的保护作用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有复合涂层胶的仿生抗冲蚀表面，属于表面工程领域，本发明基于沙漠蜥蜴体表皮肤结构设计了具有抗冲蚀功能的仿生结构。本发明由三层构成，从基体表面向外依次为隔离保护层、粘结层和仿生功能层。隔离保护层使用薄离型纸材料，主要起到保存胶体的作用；粘结层使用热熔胶膜，用于固定胶体联结金属件；仿生功能层由软质层与硬质层组成，硬质层单元体为圆形凸包规则排列互不粘连，冲蚀实验与数值模拟表明，该结构对磨粒冲蚀都有良好的耐受能力。本发明易于加工、成本低廉、使用方便，适用于各种复杂机械表面，具有良好的抗冲蚀性能，可以广泛应用于工程机械表面工程领域。

技术研发人员：梁平;徐义博;任露泉;王文全;李文茉;梁天唯
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.05.17
技术公布日：2017.12.01