本技术介绍了一种水下装备领域内的多功能复合涂层制备方法,该涂层具备减阻、降噪和防污的多重功能。该涂层通过在基体表面设置减阻微结构实现其特性,旨在提升水下装备的性能。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
长航程、高航速以及强隐身性是潜艇、舰船等现代海军装备的重要技术指标。海军装备航行时受到的海水阻力主要包括摩擦阻力、粘性阻力和兴波阻力,其中摩擦阻力对海军装备的影响最为显著。当海军装备在中低速下行驶时,其所受的摩擦阻力占总阻力的70~80%;在高速下行驶时,所受的摩擦阻力占总阻力的40%。同时,摩擦力的增加会直接增大水动力噪声,严重降低海军装备的隐身性及自身探测能力。因此通过减小摩擦阻力来提高海军装备的航行速度、续航能力和隐身性不失为一个有效的方法。
海军装备在航行过程中,其表面会被蛋白质、多糖等非生物物质和细菌、藻类、贻贝、藤壶等各种海洋生物附着,从而导致海洋生物污损。海洋生物污损附着在海军装备上会显著增加其航行阻力、降低其航行速度和隐身性。此外,海洋生物会产生硫化物和硫酸盐等酸性代谢物,加速船体的腐蚀,从而缩短海军装备的使用寿命,降低海军装备的综合作战能力。
目前构建微结构表面是最常用的减阻策略,然而微结构很容易被生物污损破坏,从而失去减阻效果。此外,微结构的作用机制单一,因此减阻效果有限。
专利202310784088.X公开了一种减阻功能表面的微结构,将微纳结构与疏水涂层的组合为超疏水涂层,通过减少流体与基体表面的接触来实现减阻,但其防污减阻效果仍有待提升。同时,超疏水表面稳定性很差,特别是在水下环境中气泡无法稳定存在,需要不断电解海水来产生新的气泡,因此会额外消耗大量的能量,并且利用在电解海水的过程中产生的氯气进行防污的行为属于生物灭杀的方法,会造成海洋污染。
专利202311341481.8公开了一种利用微沟槽和黏弹性工质涂层的仿生减阻方法,其黏弹性流体工质是通过聚合物链吸收流场能量来降低壁面湍流强度的方式减阻。但黏弹性工质涂料中含有水溶性的聚合物分子,在水中会缓慢溶解到水中,因此当聚合物分子溶解后,黏弹性工质涂料会出现很多孔隙,而且微结构的形貌也会遭到破坏,不仅会失去原有的减阻效果,反而还会增加阻力。
类液体表面是一种具有动态界面特性的新型聚合物刷涂层材料,通过在固体表面上共价接枝具有极低玻璃化转变温度的高柔性聚合物分子制备而成。这些聚合物分子的玻璃化转变温度通常在零下100℃以下,使得接枝分子链具有流体的高度动态特性,能够自由旋转与运动,因此常用于防污领域。但目前基本未见类液体表面在流体减阻领域应用的报道。
实现思路