一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料及其制备方法，用以解决现有减阻材料存在的额外增加化学试剂、难以长时间使用以及减阻性能易破坏的技术问题。本发明专利技术的减阻材料包括金属基底，金属基底的上表面设置为微纳粗糙结构，在设置有微纳粗糙结构的金属基底上表面刻蚀有沟槽结构；对金属基底上表面进行低表面能处理，使有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层；超疏水层表面设置有润滑层。本发明专利技术的制作方法为：在金属基底上表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构；对其进行低表面能处理，形成超疏水层；将形成超疏水层的金属基底置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在微纳粗糙结构内部，取出后润滑液在超疏水层表面形成润滑层。成润滑层。成润滑层。

【技术实现步骤摘要】
一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及减阻材料，具体涉及一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在现阶段节能环保的发展要求下，提升航行器运行效率及能源利用率、实现管道运输或航行减阻具有重大意义。现有的减阻技术主要有高聚物减阻、涂层减阻、气穴减阻等。高聚物减阻是通过在流体中添加聚合物，如减阻剂或表面修饰剂以减小流阻；从仿生的角度出发，涂层减阻主要通过在船体等表面制备仿海豚皮柔性膜或低表面能修饰成疏水减阻涂层；气穴减阻主要利用微气泡和液体之间的低摩阻性，改变边界层的流动结构，但微气泡的产生需额外提供能量和设备等，难以在实际中应用；上述的几种方法存在额外增加化学试剂或设备，难以长时间使用，减阻性能易被破坏等现象，难以实际应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有减阻材料存在的额外增加化学试剂或设备、难以长时间使用或减阻性能易破坏的技术问题，而提供一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料及其制备方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术解决方案为：
[0005]一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特殊之处在于，包括金属基底；
[0006]所述金属基底的上表面设置为微纳粗糙结构，在设置有微纳粗糙结构的金属基底上表面刻蚀有沟槽结构；
[0007]对金属基底上表面进行低表面能处理，使得有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层；
[0008]所述超疏水层表面设置有润滑层。
[0009]进一步地，所述沟槽结构为多个并排设置的亚毫米级别的沟槽，形成了仿水稻叶的表面结构。
[0010]进一步地，所述沟槽结构为宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽，形成了仿鲨鱼皮的表面结构。
[0011]进一步地，所述超疏水层为氟化物层。
[0012]进一步地，所述润滑层为粘度范围在5
‑
100cps的硅油层。
[0013]本专利技术还提供了一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0014]1】在金属基底上表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构；
[0015]2】对金属基底上表面进行低表面能处理，使有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层；
[0016]3】将形成超疏水层的金属基底置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在微纳粗糙结构
内部；
[0017]4】取出后擦干，润滑液从微纳粗糙结构内渗出在金属基底的超疏水层表面形成润滑层，具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备完成。
[0018]进一步地，步骤1】中，在金属基底表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构具体为：
[0019]1.1】使用能量为100
‑
3000μJ的第一激光在金属基底上表面烧蚀，形成微纳粗糙结构；
[0020]1.2】使用能量为8000
‑
15000μJ的第二激光在步骤1.1】加工后的金属基底上表面刻蚀多个并排设置的亚毫米级别的沟槽，形成仿水稻叶沟槽结构；
[0021]进一步地，步骤1】中，在金属基底表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构具体为：
[0022]1.1】使用能量为100
‑
3000μJ的第一激光在金属基底上表面烧蚀，形成均匀分布的微纳粗糙多孔结构；
[0023]1.2】使用能量为8000
‑
15000μJ的第二激光在步骤1.1】加工后的金属基底上表面刻蚀宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽，形成仿鲨鱼皮的沟槽结构；
[0024]进一步地，步骤2】中，对金属基底通进行低表面能处理，使有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层具体为：
[0025]采用浓度为0.1％
‑
1％的氟化物溶液在金属基底上表面沉积2
‑
12h，使有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层。
[0026]进一步地，步骤3】中，将形成超疏水层的金属基底置入润滑液中浸泡具体为：
[0027]将形成超疏水层的金属基底置入粘度为5
‑
100cps的硅油中浸泡0.5h
‑
6h。本专利技术相比于现有技术的有益效果为：
[0028]1、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，在金属基底上设置有沟槽结构和进行了低表面能处理的超疏水层，沟槽结构和超疏水层配合可以降低湍流，提高疏水性能，有效降低航行器在水中的航行阻力，提升航行速度，降低能源浪费。
[0029]2、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，在金属基底上表面设置有微纳粗糙结构和润滑层，金属基底上表面的微纳粗糙结构为润滑层提供了储存空间，形成的润滑层可以降低减阻材料的航行阻力，同时对超疏水层提供保护，从而延长减阻材料的使用寿命。
[0030]3、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，设置的超疏水层和润滑层，形成了复合型减阻表面，不同于传统的单一超滑或超疏水减阻表面，超疏水层和润滑层可提供双层减阻效果，即使润滑层在使用中被破坏失效，下层的超疏水层配合沟槽结构依然可以提供减阻性能。
[0031]4、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，设置的沟槽结构为润滑层提供了支撑体，使沟槽结构中的润滑层免受外界条件的摩擦而能长期存在，从而保证了减阻材料的减阻性能。
[0032]5、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，刻蚀的沟槽结构与金属基底为一体式，相比于现有的通过涂层构造的沟槽结构，本专利技术不存在涂层与基底的黏附性问题，提高了减阻材料的耐用性。
[0033]6、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，由于润滑层的存在，使水里的藻类、贝类等无法附着在减阻材料的表面，防止了航行器在水中航行阻力的增加。
[0034]7、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，沟槽结构设计为多个并排设置的条形沟槽，模仿了水稻叶的减阻性能，让水流可以沿着沟槽方向快速流动，但在垂直于沟槽方向的流动受限，从而降低航行器的前进阻力。
[0035]8、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，沟槽结构设计为宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽，模仿了鲨鱼皮的减阻性能，可以抑制水的紊流，降低方向性的水流阻力。
[0036]9、本专利技术提供的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备方法，制备方便简单，适用性广。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例二的制备方法工艺流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例二的制备方法工艺流程图，其中显示为工艺流程各步骤中基底材料的俯视图；
[0039]图3为本专利技术实施例二的制备方法工艺流程图，其中显示为工艺流程各步骤中基底材料的横向截面图；
[0040]图4为本专利技术实施例七中金属基底上表面结构示意图；
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特征在于：包括金属基底；所述金属基底的上表面设置为微纳粗糙结构，在设置有微纳粗糙结构的金属基底上表面刻蚀有沟槽结构；对金属基底上表面进行低表面能处理，使得有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层；所述超疏水层表面设置有润滑层。2.根据权利要求1所述的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特征在于：所述沟槽结构为多个并排设置的亚毫米级别的沟槽。3.根据权利要求1所述的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特征在于：所述沟槽结构为宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特征在于：所述超疏水层为氟化物层。5.根据权利要求4任一所述的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料，其特征在于：所述润滑层为粘度范围在5
‑
100cps的硅油层。6.一种权利要求1
‑
5任一所述的具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1】在金属基底上表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构；2】对金属基底上表面进行低表面能处理，使有微纳粗糙结构和沟槽结构的金属基底表面形成超疏水层；3】将形成超疏水层的金属基底置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在微纳粗糙结构内部；4】取出后擦干，润滑液从微纳粗糙结构内渗出在金属基底的超疏水层表面形成润滑层，具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备完成。7.根据权利要求6所述的一种具有润滑层和超疏水层的减阻材料制备方法，其特征在于：步骤1】中，在金属基底表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构具体为：1.1】使用能量为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，成扬，陈烽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：