【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及表面織構(gòu)領(lǐng)域，尤其是涉及用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)。
技術(shù)介紹
1、特斯拉閥是由科學(xué)家尼古拉·特斯拉提出且以自己名字命名的一種單向?qū)ㄩy。該閥體結(jié)構(gòu)無任何活動部件，僅利用空間結(jié)構(gòu)推動流體流動，無需輸入能量即可實(shí)現(xiàn)流體的單向?qū)āＴ陂y體中流體正向流動與反向流動差別巨大，正向流動時(shí)，流體能夠繞過所有翼狀障礙暢通無阻地從右邊流至左邊，并且因流動壓力可獲得加速效果；但當(dāng)流體反向流動時(shí)，在彎管與水平管道交匯處形成劇烈的沖擊阻塞效應(yīng)，使得內(nèi)部能量、流速和壓力等被消耗。目前雖然特斯拉閥提出時(shí)間較早，在微尺度上有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，關(guān)于其研究的文獻(xiàn)較少，這一巧妙結(jié)構(gòu)真正得到重視和應(yīng)用僅在最近幾年，關(guān)于在涉水環(huán)境中裝備摩擦副表面制備相關(guān)減摩耐磨形狀微織構(gòu)的研究尚處一片空白，需要一種可靠有效的涉水環(huán)境中裝備摩擦副表面減摩耐磨功能微織構(gòu)的設(shè)計(jì)方法來解決該問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、在自然界中，發(fā)現(xiàn)鯊魚消化道呈現(xiàn)出具有類似特斯拉單向閥的性能，這一性能可以有效控制消化道內(nèi)部液體的流動，從而可以根據(jù)需求設(shè)定流體流向并達(dá)到增加/減少流速及流體壓力的作用。
2、本專利技術(shù)的目的是提供一種型仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，在涉水環(huán)境中裝備摩擦副表面制備相關(guān)減摩耐磨形狀微織構(gòu)。
3、本申請?zhí)峁┑囊环N型仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，采用如下的技術(shù)方案：
4、用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，包括：
5、流道，為開設(shè)于織構(gòu)本體
6、鋸齒形槽，分別設(shè)于流道兩側(cè)的側(cè)壁上，所述鋸齒形槽的每個(gè)鋸齒均包括第一齒面和第二齒面，第一齒面和第二齒面與流道內(nèi)流體方向夾角設(shè)置不同，以在流道每個(gè)側(cè)壁上形成單向鋸齒形槽；以及
7、翼板陣列，呈兩列分布固定設(shè)置于所述流道中部，每個(gè)所述翼板陣列包括多個(gè)沿流道方向分布且姿態(tài)相同的翼板，兩列翼板陣列的翼板沿著流道方向交錯(cuò)設(shè)置，每個(gè)翼板兩端對迎流流體具有不同的分流姿態(tài)；通過選擇翼板形狀和單向鋸齒形槽的方向，使得流道內(nèi)形成特斯拉閥原理流道結(jié)構(gòu)。
8、鋸齒形槽與鯊魚消化道形狀相似。翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖輪廓呈鈍角三角形，其鈍角為圓角，第一齒面和第二齒面間設(shè)置有圓角，圓角的設(shè)置是因?yàn)榫哂谢【€可形成類似于機(jī)翼上下表面形狀效應(yīng)，若翼板設(shè)計(jì)為直線，會產(chǎn)生流線及流壓突變，對織構(gòu)減摩耐磨效應(yīng)會產(chǎn)生負(fù)面影響。
9、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面呈陳列分布。
10、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面的密度為5%-60%。鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面的密度是鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面的總面積與織構(gòu)本體表面積的比值。當(dāng)密度小于5%時(shí)，由于密度較低，織構(gòu)無法有效起到減摩效果，當(dāng)密度大于60%時(shí)會破壞材料表面的完整性，導(dǎo)致織構(gòu)化材料表面力學(xué)性能降低，從而降低材料表面的耐磨性能
11、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽深度為10μm-500μm。當(dāng)織構(gòu)深度低于10μm時(shí)，織構(gòu)減摩效果不明顯，與無織構(gòu)織構(gòu)本體基本沒有區(qū)別，當(dāng)織構(gòu)深度大于500μm時(shí)，材料表面連續(xù)性會被破壞，且加工難度增加，不適于工程使用。
12、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽厚度為10μm-500μm。
13、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽之間距離最大處的寬度為0.5mm-4mm。寬度選擇0.5-4mm是因?yàn)閱蝹€(gè)織構(gòu)過大或過小均會導(dǎo)致織構(gòu)減摩效果的減弱。
14、進(jìn)一步地，所述翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖的最長邊長度為0.01-0.05mm。
15、定義：所述翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖的最長邊與流道的延伸方向的角度為β。
16、進(jìn)一步地，所述翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖的最長邊與流道的延伸方向的角度為30-45°。30-45°時(shí)翼板單向?qū)Я餍Ч^好，當(dāng)角度小于30°時(shí)正向?qū)Я餍Ч^低，當(dāng)角度大于45°時(shí)反向阻流效果降低。
17、進(jìn)一步地，所述鋸齒形槽之間距離最小處的寬度為0.3-2mm。
18、定義：所述第二齒面與所述流道的延伸方向所成角度為α。
19、進(jìn)一步地，所述第二齒面與所述流道的延伸方向所成角度為30-90°。因?yàn)橥獠繛榉律忯~消化道形狀，需要對流體具有一定的導(dǎo)流效果，夾角小于30°時(shí)，仿形的導(dǎo)流效果較差，無法對流體形成有效的導(dǎo)流效果，夾角大于60°時(shí)，織構(gòu)的導(dǎo)流效果較好，但當(dāng)角度超過90°時(shí)，織構(gòu)形狀產(chǎn)生反向，與實(shí)際鯊魚消化道形狀不符，且會降低特斯拉閥翼板導(dǎo)流效果。
20、本申請?zhí)峁┑囊环N減摩耐磨材料，材料表面設(shè)置有上述任一所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)。
21、本專利技術(shù)減阻減摩原理如下：參見圖1、圖5、圖6，流體正向流動(從左至右)與反向流動(從右至左)差別巨大。正向流動時(shí)，流體能夠繞過所有的翼板障礙進(jìn)而暢通無阻地從左邊流至右邊，并且因流動壓力而獲得加速的效果；但當(dāng)流體反向流動時(shí)，流體每經(jīng)過1個(gè)通道，就向上/下進(jìn)入1個(gè)翼板障礙，回流會使流動發(fā)生阻塞效應(yīng)且增大壓頭，阻礙著流體整體向前流動。并且翼板障礙越多，流體向前推進(jìn)的阻力就越大，導(dǎo)致流體在仿生型織構(gòu)中流動方向不同產(chǎn)生不同的效果，正向流動時(shí)，流速增加，增加織構(gòu)內(nèi)部潤滑層流動性，并增加流體動壓效應(yīng)，反向流動時(shí)，由于流體流動被阻塞，流道內(nèi)液體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，流體與基體之間的固-液接觸轉(zhuǎn)換為流道內(nèi)靜止液體與外界流動液體之間的液-液接觸，形成類似液膜效應(yīng)，極大降低摩擦阻力，從而起到減摩耐磨作用。本專利技術(shù)所用翼板相較于常規(guī)特斯拉閥形，在正向流動時(shí)，與翼板先接觸的是弧形倒角，相較于常規(guī)無弧形倒角翼板可更有效增加單向?qū)Я餍Ч?，流速增加程度更大，增加流體動壓效應(yīng)效果更明顯，當(dāng)反向流動時(shí)，與翼板首先是接觸的為尖角位置，相較于常規(guī)特斯拉閥翼板，分流效果更明顯，增強(qiáng)流體阻塞效果，進(jìn)一步提升所設(shè)計(jì)的復(fù)合形狀織構(gòu)的單向?qū)Я餍Ч?，將?液接觸轉(zhuǎn)化為液-液接觸，起到減摩效果。
22、綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：
23、1.相較于常規(guī)特斯拉閥形，本專利將仿生學(xué)與特斯拉閥形結(jié)合，除利用了常規(guī)特斯拉閥形結(jié)構(gòu)單向?qū)Я魈匦?，結(jié)合鯊魚消化道形狀進(jìn)行復(fù)合加工，常規(guī)特斯拉閥形結(jié)構(gòu)在表面織構(gòu)的使用中，存在這導(dǎo)流特性有限、激光加工困難及實(shí)際應(yīng)用難度大等問題，本專利將特斯拉閥形結(jié)構(gòu)中的翼板部分取出，使其具有特斯拉閥形單向?qū)Я餍Ч耐瑫r(shí)可以達(dá)到簡化加工設(shè)計(jì)織構(gòu)形狀步驟的目的，特別的，將鯊魚消化道形狀進(jìn)行方形，替換常規(guī)特斯拉閥形外邊框，并通過流體仿真發(fā)現(xiàn)，鯊魚消化道形兩側(cè)鋸齒結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)單向?qū)Я魈匦?，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)仿形外邊框的正向和反向?qū)τ诹黧w的影響程度基本與特斯拉閥形翼板一致，故相較于常規(guī)特斯拉閥形具有更好的單向?qū)Я餍Ч覒?yīng)用與激光表面織構(gòu)中可以發(fā)現(xiàn)，大幅降低密度及形狀設(shè)計(jì)難度，提高加工效率，具有較好的工程應(yīng)用意義。
24、2.制備方法簡單易行，實(shí)驗(yàn)過程僅需激光打標(biāo)設(shè)備，沒有涉及任何有機(jī)試劑，符合綠色環(huán)保路線；加工材料廣泛且經(jīng)濟(jì)，可廣本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面呈陳列分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面的密度為5%-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽深度為10μm-500μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽之間距離最大處的寬度為0.5mm-4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖的最長邊長度為0.01-0.05mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述翼板在織構(gòu)本體表面的俯視圖的最長邊與流道的延伸方向的角度
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽之間距離最小處的寬度為0.3-2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述第一齒面正交于所述流道的延伸方向，第二齒面與所述流道的延伸方向所成角度為30-90°。
10.一種減摩耐磨材料，其特征在于：材料表面設(shè)置有權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面呈陳列分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽在織構(gòu)本體表面的密度為5%-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽深度為10μm-500μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒形槽之間距離最大處的寬度為0.5mm-4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于涉水摩擦副材料的仿生復(fù)合特斯拉閥型減摩耐磨織...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈丹，李文軒，段海濤，詹勝鵬，金義杰，駱小雙，馬利欣，
申請(專利權(quán))人：中國機(jī)械總院集團(tuán)武漢材料保護(hù)研究所有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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