一種仿生防銹防腐蝕潛水器外殼的制作方法

本發(fā)明涉及一種新型的防止微生物粘附、海水腐蝕的金屬潛水器外殼，具體涉及一種仿生防銹防腐蝕潛水器外殼，屬于水下航行設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和對能源需求的不斷提高，人類對海洋的認(rèn)識和開發(fā)力度亦不斷增加，并逐步向深海擴(kuò)展。潛水器具有海底采樣、水中觀察測定以及拍攝錄象、照相、打撈等功用，廣泛應(yīng)用于海洋基礎(chǔ)學(xué)科的研究和海洋資源的調(diào)查、開發(fā)，對這些領(lǐng)域的發(fā)展起到重大作用。潛水器在海洋開發(fā)中具有無可比擬的優(yōu)越性。目前，我國正在進(jìn)行大深度載人潛水器的研制工作。載人潛水器結(jié)構(gòu)中，外殼的設(shè)計(jì)無疑是重中之重。潛水器外殼除形成并保持潛水器的外形，以提高潛水器的水動力性能之外，還承擔(dān)著保護(hù)潛水器內(nèi)部設(shè)備的重要使命。而實(shí)際潛水過程中，海水中存在著大量的微生物和化學(xué)物質(zhì)，由于潛水器外殼長時間與腐蝕水平較高的海水接觸，不免對外殼造成細(xì)菌粘附、生銹和化學(xué)腐蝕等危害，嚴(yán)重時必須停止?jié)撍鳂I(yè)，進(jìn)行外殼設(shè)備維修。

針對潛水器外殼生、銹腐蝕這一嚴(yán)重問題，傳統(tǒng)改進(jìn)方法主要有兩種：一種是更換潛水器外殼的材質(zhì)，將傳統(tǒng)的金屬機(jī)械材料替換成耐海水腐蝕的先進(jìn)材料，例如玻璃鋼、鈦合金等；另外一種是將潛水器外殼進(jìn)行表面改性處理，具體是在外殼表面進(jìn)行涂層或涂料處理，比如聚四氟乙烯涂層、無溶劑防腐蝕涂料等。但是以上改進(jìn)方法在實(shí)際潛水過程中都存在一定的問題：材料剛度不夠；投入成本過大；涂層或涂料與殼體附著力不高，容易脫落，使用壽命不長等等。綜上所述，設(shè)計(jì)一種高效的防銹防腐蝕的潛水器外殼具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種仿生防銹防腐蝕潛水器外殼，主要體現(xiàn)在其表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明對一些典型的超疏水生物表面進(jìn)行了長時間的浸水試驗(yàn)，旨在發(fā)現(xiàn)典型超疏水生物表面隨浸水時間的增加，其潤濕性是否變化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，天堂鳳蝶翅膀反面不僅具有明顯的超疏水性，而且隨著浸水時間的增加，其潤濕性沒有明顯變化，接觸角從開始的155.67°到60小時后的133°，一直保持明顯的疏水性能。本發(fā)明受此啟發(fā)，深入研究天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)相似可行性原則，將天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、設(shè)計(jì)并加工到普通潛水器外殼表面。由于本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)，使?jié)撍魍鈿た梢栽谙鄬^長的時間內(nèi)一直保持超疏水性能，所以海水無法有效地接觸到其表面，使其一直保持干爽狀態(tài)，不輕易生銹，同時又不會被腐蝕。

由于不同的潛水器形狀千變?nèi)f化，無法統(tǒng)一，在此，本發(fā)明用潛水器外殼基板來代替整體外殼，不影響任何實(shí)際加工操作。

本發(fā)明的技術(shù)方案是在潛水器外殼表面利用電化學(xué)刻蝕法制備能長時間保持超疏水性能的特征結(jié)構(gòu)。所述特征結(jié)構(gòu)是由類似天堂鳳蝶翅膀反面鱗片和脊條組成。若干鱗片和若干脊條相間排布，單個鱗片長為160μm，寬為80μm，厚度自上而下連續(xù)變化，從0μm一直增加到30μm，從側(cè)面來看，鱗片呈現(xiàn)出一個直角三角形，緊貼在潛水器外殼基板上，鱗片斜邊與基板之間的角度為10°。而脊條則是規(guī)則的小長方體結(jié)構(gòu)，正面看去，該脊條長160μm，寬20μm，從側(cè)面看，脊條的厚度為20μm。鱗片與脊條之間相隔10μm，兩種結(jié)構(gòu)交替排布，形成一排，而下排結(jié)構(gòu)重復(fù)上排結(jié)構(gòu)，兩排結(jié)構(gòu)之間相隔20μm。由鱗片和長方體脊條交替排布而形成的特殊結(jié)構(gòu)，是天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)的最佳體現(xiàn)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)，將潛水器外殼表面加工出類似鱗片和脊條相間排布的結(jié)構(gòu)。所述的仿生結(jié)構(gòu)能有效地減少外殼生銹，防止海水中微生物對殼體的粘附，同時又顯著地降低海水對殼體的腐蝕。

2、本發(fā)明僅僅是對潛水器外殼進(jìn)行表面物理該形，而非化學(xué)改性，無涂層或涂料，對海洋無污染，環(huán)保安全。

3、本發(fā)明無需采用先進(jìn)材料，在普通潛水器殼體表面即可加工，成本低廉，經(jīng)濟(jì)性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為鱗片剖視圖。

圖3為脊條剖視圖。

其中：1-潛水器外殼基板；2-鱗片；3-脊條。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明由潛水器外殼基板1、鱗片2和脊條3組成；

若干鱗片2和若干脊條3相間排布，鱗片2長為160μm，寬為80μm，厚度自上而下連續(xù)變化，從0μm一直增加到30μm，從側(cè)面來看，整個鱗片2呈現(xiàn)出一個直角三角形，緊貼在潛水器外殼基板1上，鱗片2斜邊與潛水器外殼基板1之間的角度為10°。而脊條3則是規(guī)則的小長方體結(jié)構(gòu)，正面看去，所述脊條3長160μm，寬20μm，從側(cè)面看，脊條3的厚度為20μm。鱗片2與脊條3之間相隔10μm，兩種結(jié)構(gòu)交替排布，形成一排，而下排結(jié)構(gòu)重復(fù)上排結(jié)構(gòu)，兩排結(jié)構(gòu)之間相隔20μm。

本發(fā)明的工作過程：

將本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)利用電化學(xué)刻蝕方法加工到潛水器外殼基板1表面即可。在相對較長時間和較長潛水行程中，鱗片2和脊條3能有效地減少潛水器外殼生銹，防止海水中微生物對潛水器外殼1的粘附，同時又顯著地降低海水對潛水器外殼的腐蝕。當(dāng)潛水作業(yè)結(jié)束，及時將所述潛水器外殼表面進(jìn)行適當(dāng)清洗即可。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種仿生防銹防腐蝕潛水器外殼，是在潛水器外殼表面利用電化學(xué)刻蝕法制備能長時間保持超疏水性能的特征結(jié)構(gòu)，該特征結(jié)構(gòu)是由類似天堂鳳蝶翅膀反面鱗片和脊條組成，若干鱗片和若干脊條相間排布，鱗片呈現(xiàn)出一個直角三角形，緊貼在潛水器外殼基板上，脊條則是規(guī)則的小長方體結(jié)構(gòu)，鱗片與脊條兩種結(jié)構(gòu)交替排布，形成一排，而下排結(jié)構(gòu)重復(fù)上排結(jié)構(gòu)，由鱗片和長方體脊條交替排布而形成的特殊結(jié)構(gòu)，是天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)的最佳體現(xiàn)。發(fā)明采用天堂鳳蝶翅膀反面微觀結(jié)構(gòu)，將潛水器外殼表面加工出類似鱗片和脊條相間排布的結(jié)構(gòu)，能有效地減少外殼生銹，防止海水中微生物對殼體的粘附，同時又顯著地降低海水對殼體的腐蝕。

技術(shù)研發(fā)人員：韓志武;付佳;牛士超;馮曉明;王澤;穆正知;李博;張俊秋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.10
技術(shù)公布日：2017.09.05