穿山甲鳞片表面的几何形态特征及其性能.pdf

第 27 卷 第 4 期 电　子 　显 　微 　学 　报 Vol27 ,No4 2008 年 8 月 Journal of Chinese Electron Microscopy Society 200808 ( ) 文章编号 2008 穿山甲鳞片表面的几何形态特征及其性能 马云海 ,佟 　金 ,周 　江 ,荣宝军 ,任露泉 ( 吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 ,吉林大学南岭校区 ,吉林 长春 130022) 摘 　要 : 对穿山甲鳞片的形态和组成进行了分析 。穿山甲鳞片表面整体呈现出纵向棱纹与横向凹槽交错变化的 非等格几何网状形态 ,其中纵向棱纹较大 、较多 ,扇形分布 ;横向凹槽较小 、较少 ,且以一定深度切断纵向棱纹 。利 用扫描电镜及 X 射线能谱仪对材料的拉伸 、冲击断口及成分进行了分析 。结果表明冲击断口为脆性断口; 穿山甲 鳞片是由极细的棱柱结构单元和叠片结构单元混合形成的; 穿山甲鳞片除含有大量的碳 、氢 、氧及氮元素外 ,硫 、 硅 、铁 、铝 、钙 5 种元素的含量也相对较高 ,鳞片内层中含有少量磷元素 。在转盘式土壤磨料磨损试验机上 ,进行磨 料磨损试验 ,结果表明磨料粒子滑动方向平行于穿山甲鳞片棱纹的试样与磨料粒子滑动方向垂直于棱纹的试样相 比 ,具有较好的耐磨性 ;穿山甲鳞片表面的自由式磨料磨损量 ,随着磨料粒子尺寸或相对滑动速度的提高而增大 。 关键词 : 穿山甲鳞片 ;表面形态 ;力学性能 ;磨料磨损 中图分类号 : Q9581 ;TG1155 ;TG11521+ 53 　　文献标识码 : A ( ) 　　穿山甲 M anis pentadacty la 属脊椎动物门爬行 纲鳞甲目鲮鲤科 ,别名鲮鲤 、石鲮鱼[ 1] 。穿山甲全身 除腹部外均披覆角质瓦状鳞片 ,每个鳞片的基部都 被前排鳞片的末端覆盖 ,鳞片间分布有刚毛 。体长 700 mm～900 mm ,多在山麓地带的草丛或丘陵杂灌 丛较潮湿的地方挖穴而居 ,洞穴隧道弯曲,长度可达 10 m[2 ] 。穿山甲有极强的挖洞本领 ,在其强有力的 挖掘前肢的作用下 ,能很快地将土挖开 。穿山甲的 前肢有五指 , 中指粗长 ,挖洞时 ,前肢抬起并将前爪 向前下方插去进行挖土作业 ,挖下的土积累到一定 图 1 　穿山甲鳞片的外貌 。Bar = 5 mm 程度后 ,穿山甲将长尾插入土中 ,支撑固定身体 ,此 Fig. 1 　Morphology of the scale of the pangolin . Bar = 5 mm 时 ,前爪向后扒土 ,扒至下腹部 ,后肢接着向后扒土 , 　 一段一段地将土扒至洞外 。穿山甲的鳞片不仅是挖 洞时扒土的有效工具 ,而且起到重要的防护作用 。 穿山甲鳞片具有一定的曲率变化 ,外表面呈宏观非 光滑形态 ,是典型的双向等强度的板壳结构 ,有一定 的回弹能力 ,既坚固耐磨 ,又利于减粘脱土 。因此 , 研究穿山甲鳞片的成分 、组织结构 、力学和磨损特 图2 　三点弯曲梁的断裂方式 。 性 ,将研究结果用于触土部件工作表面减粘抗磨的 Fig. 2 　Fracture mode of three point bending beam. 　 改形仿生 ,对研制和开发既耐磨又减阻的仿生功能 后 ,烘干 , 以备观察 。 材料和表面形态技术具有重要的指导意义[3 ] 。 拉伸性能试验仪器 ,选用上海华龙测试仪器厂 1 　实验方法 生产的W