本申請(qǐng)涉及水下減阻涂層領(lǐng)域，尤其涉及一種基于冷噴涂的減阻涂層。
背景技術(shù)：
水面艦艇或者水下航行器在航行過(guò)程中，會(huì)受到來(lái)自水的阻力，如果在其表面設(shè)有減阻涂層，降低阻力時(shí)可以減少航行消耗的能量，同時(shí)也可大幅提高航行的速度，對(duì)于解決能源問(wèn)題、環(huán)境保護(hù)都有著重要意義。
針對(duì)目前水下的減阻技術(shù)，主要包括柔順壁面減阻、疏水表面減阻、肋條減阻、隨行波表面減阻等。其中，對(duì)于疏水表面減阻，主要是在疏水表面形成微納粗糙結(jié)構(gòu)，提高靜態(tài)接觸角，由于超疏水表面能夠有效減少固體表面與液體之間的直接接觸，同時(shí)能夠在固體表面與液體之間形成一層空氣膜，可以大大降低液體對(duì)于固體的運(yùn)動(dòng)阻力，特備是應(yīng)用于水下物體時(shí)，能夠有效降低液體的阻力。
目前，疏水表面的制備受限于傳統(tǒng)加工手段，仍然存在改進(jìn)的條件。目前，冷噴涂技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，比如在材料表面改性、納米材料、生物功能材料等領(lǐng)域均有應(yīng)用，注意到，專利申請(qǐng)CN104099608A中，利用冷噴涂技術(shù)制備了一種成份穩(wěn)定、結(jié)合良好的Cu-Ag-Zn可磨耗封嚴(yán)涂層。
具體到超疏水材料結(jié)合冷噴涂技術(shù)，利用冷噴涂過(guò)程中對(duì)超疏水粒子無(wú)氧化、對(duì)超疏水粒子結(jié)構(gòu)無(wú)影響的特點(diǎn)，可以保證原始的超疏水粉末的物理化學(xué)性質(zhì)不改變，并且沉積速率高，操作簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種基于冷噴涂的減阻涂層，以解決上述提出問(wèn)題。
本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種基于冷噴涂的減阻涂層，該減阻涂層包括目標(biāo)基底表面上的凹坑結(jié)構(gòu)層和在凹坑結(jié)構(gòu)層之上的疏水層；該疏水層是利用冷噴涂技術(shù)將疏水混合粒子噴涂到所述凹坑結(jié)構(gòu)層表面形成的。
本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：
本發(fā)明的減阻涂層包括目標(biāo)基底表面上的凹坑結(jié)構(gòu)層和在凹坑結(jié)構(gòu)層之上冷噴涂的疏水層，該疏水層是冷噴涂疏水混合粒子得到的，在疏水混合粒子中，包含有氧化鋅微球、氧化鋁微球、低熔點(diǎn)合金粒子；利用冷噴涂技術(shù)，其對(duì)疏水混合粒子不會(huì)產(chǎn)生氧化作用，并且噴涂過(guò)程對(duì)粒子結(jié)構(gòu)影響較小，能夠保證粒子的物理化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變；低熔點(diǎn)合金的加入，能夠使得氧化鋅微球、氧化鋁微球、基底形成更緊密的結(jié)合，增大減阻涂層的耐磨性能。
本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。
附圖說(shuō)明
利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
圖1是本發(fā)明減阻涂層的制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式
這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
在水下、水面減阻領(lǐng)域，對(duì)于疏水表面減阻，主要是在疏水表面形成微納粗糙結(jié)構(gòu)，利用該微納粗糙結(jié)構(gòu)直接作為疏水層。
本申請(qǐng)的技術(shù)方案涉及一種基于冷噴涂的減阻涂層，該減阻涂層是利用冷噴涂技術(shù)將疏水混合粒子噴涂到目標(biāo)基底表面形成的。
利用冷噴涂技術(shù)，其對(duì)疏水混合粒子不會(huì)產(chǎn)生氧化作用，并且噴涂過(guò)程對(duì)粒子結(jié)構(gòu)影響較小，能夠保證粒子的物理化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。
在冷噴涂之前，對(duì)于目標(biāo)基底，需要先對(duì)其進(jìn)行酸化和等離子體腐蝕處理，以便在目標(biāo)基底表面制備出微米尺度的凹坑結(jié)構(gòu)，然后在該凹坑結(jié)構(gòu)表面冷噴涂疏水層，使其能夠增強(qiáng)疏水層的粗糙度，對(duì)于疏水效果產(chǎn)生積極影響；因此，該減阻涂層包括目標(biāo)基底表面上的凹坑結(jié)構(gòu)層和在凹坑結(jié)構(gòu)層之上冷噴涂的疏水層。
優(yōu)選地，該凹坑結(jié)構(gòu)層中凹坑的尺度為300～500微米；該疏水層的厚度為200微米。
在該疏水層中，其是冷噴涂疏水混合粒子得到的，所述的疏水混合粒子為氧化鋅微球、氧化鋁微球和低熔點(diǎn)合金粒子的混合物，該低熔點(diǎn)合金為含有錫、鉍、鉛、鎘的合金，其熔點(diǎn)低于250℃。
氧化鋅微球一般具有熒光性、壓電性、吸收散射紫外光能力等，氧化鋅微球的應(yīng)用一般在光、電、磁、氣體敏感等方面較多；氧化鋁微球硬度大，一般作為磨料、拋光粉，高溫下較穩(wěn)定，也可作為高溫耐火材料；氧化鋅微球和氧化鋁微球本身并不具備疏水性能，而本申請(qǐng)中利用氧化鋅微球、氧化鋁微球和低熔點(diǎn)合金粒子構(gòu)成了一種適合于冷噴涂的疏水混合粒子，使用該混合粒子得到的疏水層不但具有疏水效果，同時(shí)具備良好的結(jié)合性能。
在冷噴涂過(guò)程中，由于粒子的速度很大，在粒子高速撞擊到凹坑結(jié)構(gòu)表面時(shí)，疏水混合粒子，特別是低熔點(diǎn)合金粒子在冷噴涂施加的作用力下，能夠在凹坑結(jié)構(gòu)表面發(fā)生塑性變形，增加疏水層與凹坑結(jié)構(gòu)的結(jié)合作用；此外，在冷噴涂過(guò)后，將基底進(jìn)行一定時(shí)間的熱處理，在該過(guò)程中，低熔點(diǎn)合金粒子會(huì)熔化，從而與氧化鋅微球、氧化鋁微球、基底形成更緊密的結(jié)合，增大該疏水層的耐磨性能。
優(yōu)選地，上述的疏水混合粒子中，該氧化鋅微球的粒徑為10微米，氧化鋁微球的粒徑為15微米；該低熔點(diǎn)合金粒子包括兩種粒徑，低熔點(diǎn)合金粒子一的粒徑為3微米，低熔點(diǎn)合金粒子二的粒徑為5微米。
優(yōu)選地，上述的疏水混合粒子中，各種粒子的重量百分比含量為：氧化鋅微球25～45％，氧化鋁微球15～35％，低熔點(diǎn)合金一20～30％，低熔點(diǎn)合金二15～25％。
優(yōu)選地，上述的疏水混合粒子在冷噴涂之前經(jīng)過(guò)了低表面能物質(zhì)修飾，修飾過(guò)程為：將氧化鋅微球、氧化鋁微球和低熔點(diǎn)合金粒子混合均勻，然后將混合粒子加入到乙醇中至百分比溶度為6％，然后在該溶液中加入7％的聚四氟乙烯，攪拌均勻。
冷噴涂該疏水層之后，需要將目標(biāo)基底進(jìn)行280℃下保溫處理8h，此時(shí)，低熔點(diǎn)合金完全熔化，其與凹坑結(jié)構(gòu)、氧化鋅微球、氧化鋁微球充分結(jié)合。
實(shí)施例1
如圖1，根據(jù)上述的減阻涂層，其制備過(guò)程為：
S1，腐蝕凹坑結(jié)構(gòu)層：對(duì)目標(biāo)基底進(jìn)行酸化和等離子體腐蝕處理，在其表面制備出微米尺度的凹坑結(jié)構(gòu)層，該凹坑結(jié)構(gòu)層中凹坑的尺寸為300微米；
S2，修飾疏水混合粒子：采用低表面能物質(zhì)修飾疏水混合粒子；其中，疏水混合粒子中各種粒子的粒徑分別為：氧化鋅微球10微米，氧化鋁微球15微米；低熔點(diǎn)合金粒子一3微米，低熔點(diǎn)合金粒子二5微米；各種粒子的重量百分比含量為：氧化鋅微球35％，氧化鋁微球20％，低熔點(diǎn)合金一25％，低熔點(diǎn)合金二20％。
S3，冷噴涂疏水混合粒子：在凹坑結(jié)構(gòu)層上冷噴涂經(jīng)過(guò)低表面能物質(zhì)修飾的疏水混合粒子；控制噴涂的工藝參數(shù)為：工作氣體為N2，預(yù)熱溫度為400℃，壓力為3.5MPa，噴涂距離為10mm，粒子速度為1000～1200m/s，噴槍移動(dòng)速度為150～200mm/s，得到疏水層的厚度為200微米；
S4，保溫處理：在冷噴涂疏水混合粒子后，將目標(biāo)基底放入保溫爐中，在280℃下保溫8h，待低熔點(diǎn)合金熔化后與與凹坑結(jié)構(gòu)、氧化鋅微球、氧化鋁微球充分結(jié)合，取出，自然降溫。
本實(shí)施例得到的減阻涂層中，其接觸角為171度，具有良好的減阻效果，同時(shí)各物質(zhì)之間結(jié)合緊密，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)。
實(shí)施例2
根據(jù)上述的減阻涂層，其制備過(guò)程為：
S1，腐蝕凹坑結(jié)構(gòu)層：對(duì)目標(biāo)基底進(jìn)行酸化和等離子體腐蝕處理，在其表面制備出微米尺度的凹坑結(jié)構(gòu)層，該凹坑結(jié)構(gòu)層中凹坑的尺寸為400微米；
S2，修飾疏水混合粒子：采用低表面能物質(zhì)修飾疏水混合粒子；其中，疏水混合粒子中各種粒子的粒徑分別為：氧化鋅微球15微米，氧化鋁微球10微米；低熔點(diǎn)合金粒子一3微米，低熔點(diǎn)合金粒子二5微米；各種粒子的重量百分比含量為：氧化鋅微球40％，氧化鋁微球25％，低熔點(diǎn)合金一20％，低熔點(diǎn)合金二15％。
S3，冷噴涂疏水混合粒子：在凹坑結(jié)構(gòu)層上冷噴涂經(jīng)過(guò)低表面能物質(zhì)修飾的疏水混合粒子；控制噴涂的工藝參數(shù)為：工作氣體為N2，預(yù)熱溫度為400℃，壓力為3.5MPa，噴涂距離為10mm，粒子速度為1000～1200m/s，噴槍移動(dòng)速度為150～200mm/s，得到疏水層的厚度為200微米；
S4，保溫處理：在冷噴涂疏水混合粒子后，將目標(biāo)基底放入保溫爐中，在280℃下保溫8h，待低熔點(diǎn)合金熔化后與與凹坑結(jié)構(gòu)、氧化鋅微球、氧化鋁微球充分結(jié)合，取出，自然降溫。
本實(shí)施例得到的減阻涂層中，其接觸角為169度，具有良好的減阻效果，同時(shí)各物質(zhì)之間結(jié)合緊密，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)。
實(shí)施例3
根據(jù)上述的減阻涂層，其制備過(guò)程為：
S1，腐蝕凹坑結(jié)構(gòu)層：對(duì)目標(biāo)基底進(jìn)行酸化和等離子體腐蝕處理，在其表面制備出微米尺度的凹坑結(jié)構(gòu)層，該凹坑結(jié)構(gòu)層中凹坑的尺寸為500微米；
S2，修飾疏水混合粒子：采用低表面能物質(zhì)修飾疏水混合粒子；其中，疏水混合粒子中各種粒子的粒徑分別為：氧化鋅微球5微米，氧化鋁微球5微米；低熔點(diǎn)合金粒子一3微米，低熔點(diǎn)合金粒子二5微米；各種粒子的重量百分比含量為：氧化鋅微球25％，氧化鋁微球20％，低熔點(diǎn)合金一30％，低熔點(diǎn)合金二25％。
S3，冷噴涂疏水混合粒子：在凹坑結(jié)構(gòu)層上冷噴涂經(jīng)過(guò)低表面能物質(zhì)修飾的疏水混合粒子；控制噴涂的工藝參數(shù)為：工作氣體為N2，預(yù)熱溫度為400℃，壓力為3.5MPa，噴涂距離為10mm，粒子速度為1000～1200m/s，噴槍移動(dòng)速度為150～200mm/s，得到疏水層的厚度為200微米；
S4，保溫處理：在冷噴涂疏水混合粒子后，將目標(biāo)基底放入保溫爐中，在280℃下保溫8h，待低熔點(diǎn)合金熔化后與與凹坑結(jié)構(gòu)、氧化鋅微球、氧化鋁微球充分結(jié)合，取出，自然降溫。
本實(shí)施例得到的減阻涂層中，其接觸角為167度，具有良好的減阻效果，同時(shí)各物質(zhì)之間結(jié)合緊密，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)。
采用本發(fā)明所述的減阻涂層處理后的水面、水下航行器，具有良好的減阻效果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳方式，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。