美國北卡羅來納州立大學機械和航空航天工程研究團隊發明了一種不銹鋼復合金屬泡沫和聚合物相結合的材料,其各方面性能比目前飛機機翼前緣廣泛采用的鋁合金材料更卓越。
復合金屬泡沫由空心金屬球嵌入金屬基質上構成,金屬球的材料可以是不銹鋼或鈦,金屬基質也可以是鋼、鋁或合金等制成。該研究使用的金屬球和基質都是不銹鋼材料,研究顯示這種金屬泡沫材料非常堅硬,可以承受0.5英寸口徑子彈,可以抵抗高溫,并能阻檔高爆炸帶來的巨大壓力。
在制作過程中,將復合金屬泡沫浸在不透水的環氧樹脂中,用真空吸力把樹脂吸入金屬球內部,以及金屬基質之間的細小縫隙中,也就是說,復合金屬泡沫中88%的空隙都被環氧樹脂填充,形成了密度與鋁相似的產品,因此又將這種材料又稱作“浸潤復合金屬泡沫”。
研究人員測試了這種材料在接觸角、昆蟲附著性和防腐蝕性能方面的表現。接觸角指的是液體接觸固體表面而形成的夾角,是材料表面疏水性的重要指標。接觸角越小,意味著越多的水分黏連在材料表面。水分在機翼的聚集會降低飛機的性能,因此選用材料的接觸角越大越好。實驗顯示,這種新材料的接觸角比鋁材大130%。昆蟲附著性指標測試包括兩個方面:昆蟲殘骸累積成塊的最大高度和累積成片的最大面積,結果顯示具有比鋁材更佳的特性,昆蟲殘骸的最大可累積高度只有鋁材的60%,最大累積面積只有30%。利用噴砂實驗模擬材料磨損性能,結果顯示在最大磨損度情況下材料表面的接觸角仍比鋁材大50%。
以上數據說明復合金屬泡沫作為機翼前緣材料將比鋁材更經久耐用,并降低維護和替換的成本,是目前鋁材很好的替換材料。
相關研究工作發表在Applied Surface Science。
復合金屬泡沫
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