[发明专利]抗氧化结构及形成抗氧化结构的方法

说明书

本公开提供了一种抗氧化结构及形成抗氧化结构的方法。该抗氧化结构包括基体和封闭微结构，所述封闭微结构是上下方向上的两端开口的腔体，并且所述封闭微结构的下端设于所述基体表面，在所述基体的表面上在所述封闭微结构的内部和外部形成氧化膜时，形成于所述封闭微结构的内部的所述氧化膜受到压应力，以使氧化膜厚度增长率减小。通过采用上述技术方案，能够减小抗氧化结构的基体的表面上的形成于封闭微结构的内部的氧化膜的增长率，减缓抗氧化结构的基体在封闭微结构内部的氧化进程，实现对基体的表面抗氧化性的选择性提升，从而为热防护材料的设计提供指导、为材料的性质调控提供有力手段。

技术领域

本申请涉及工程材料制备技术领域，且特别涉及一种抗氧化结构及形成抗氧化结构的方法。

背景技术

高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技的新项目，又被称作“近空间高超音速飞行器”(NSHV)。这种飞行器飞行高度可为离地面20～100km的大气层空间。这一空间位于低轨卫星轨道的下方、一般飞机的飞行高度的上方，包括大气平流层、中间层和部分热层，是尚待开发的近空间区域。

高超声速飞行器在上述空间中进行高速巡航和定位打击时，前缘、头锥等关键结构部件要承受高温、高压等极端复杂环境的考验，这类服役环境伴随着热化学烧蚀、气动热环境等诸多问题的挑战，具有新物质产生、多场耦合等特征。并且，由于材料在高温的环境中，材料表面会产生强氧化烧蚀，因此会大大降低材料的强度与服役性能，缩短了材料的使用寿命。

为了使材料服役性能提高、使役寿命增长，期望一种能够减缓飞行器的材料表面的氧化进程从而实现材料的抗氧化性提升的方法。因此，亟需发展一种能够应用在容易发生氧化的极端环境下的材料抗氧化性提升方法。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种能够减小基体表面的氧化膜厚度增长率从而减缓基体表面的氧化进程的抗氧化结构及形成抗氧化结构的方法。

本申请的第一方面提供了一种抗氧化结构，其包括基体和封闭微结构，所述封闭微结构是上下方向上的两端开口的腔体，并且所述封闭微结构的下端设于所述基体表面，在所述基体的表面上在所述封闭微结构的内部和外部形成氧化膜时，形成于所述封闭微结构的内部的所述氧化膜受到压应力，以使氧化膜厚度增长率减小。

在至少一个实施方式中，所述封闭微结构是圆环柱形状，所述封闭微结构的外壁的直径是20～60微米、内壁的直径是10～40微米、高度是800纳米。

在至少一个实施方式中，在所述基体的表面上排列有多个所述封闭微结构，相邻的所述封闭微结构彼此间隔的距离为100微米～120微米。

在至少一个实施方式中，所述基体的表面的凹凸度小于10纳米。

在至少一个实施方式中，所述封闭微结构由二氧化硅制成，所述基体的材质为金属。

本申请的第二方面提供了一种形成抗氧化结构的方法，其包括在基体上形成封闭微结构，

所述封闭微结构是上下方向上的两端开口的腔体并且所述封闭微结构的下端设于所述基体的表面，在所述基体的表面上在所述封闭微结构的内部和外部形成氧化膜时，形成于所述封闭微结构的内部的所述氧化膜受到压应力，以使氧化膜厚度增长率减小。

在至少一个实施方式中，将所述封闭微结构制作成圆环柱形状，使所述封闭微结构的外壁的直径是20～60微米、内壁的直径是10～40微米、高度是800纳米。

在至少一个实施方式中，在所述基体的表面上排列有多个所述封闭微结构，相邻的所述封闭微结构彼此间隔的距离为100微米～120微米，

所述基体的表面形成为凹凸度小于10纳米。

在至少一个实施方式中，所述封闭微结构由二氧化硅制成，所述基体的材质为金属。