有利于航空航天制造的复合金属泡沫

北卡罗来纳州立大学的研究表明，与目前广泛用于飞机机翼的铝相比，钢复合金属泡沫(CMF)和环氧树脂的组合作为前沿材料具有更理想的特性。

“我们把这种混合材料称为‘注入CMF’，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授阿夫萨内·拉比伊(Afsaneh Rabiei)说。“虽然注入CMF的重量与铝相同，但它更坚固，而且从飞行性能、安全性和燃油效率的角度来看，它具有其他更有吸引力的特性。”

CMF是一种泡沫，由中空的金属球体(由不锈钢或钛等材料制成)组成，嵌入由钢、铝或金属合金制成的金属基体中。在这项研究中，研究人员使用了钢-钢CMF，这意味着球体和基质是由钢制成的。注入CMF是通过将钢-钢CMF浸入疏水性环氧树脂中，并利用真空力将树脂拉入空心球体和钢基体本身中发现的更小的孔隙中制成的。这导致约88%的CMF孔隙被环氧树脂填充。

然后，研究人员测试了注入的CMF和航空航天级铝，看看它们在三个方面的表现:接触角，这决定了水从材料中流出的速度;昆虫附着力，或昆虫部分粘附在材料上的程度;还有颗粒磨损，或者材料抗侵蚀的能力。所有这些因素都会影响机翼前缘的性能。

接触角是衡量水珠在表面上流动程度的一个指标。材料的接触角越小，附着在表面的水越多。这与飞机机翼有关，因为机翼上的积水会影响飞机的性能。研究人员发现，注入CMF的接触角比铝高130%，这是一个显著的改进。

昆虫粘附力的测量方法有两种:通过昆虫残留在材料上的最大高度，以及昆虫残留在材料表面所覆盖的面积。同样，注入CMF的最大高度比铝高60%，覆盖表面积比铝高30%。

研究人员还进行了喷砂实验，以模拟飞机机翼在使用过程中随着时间的推移而发生的磨损引起的侵蚀。研究人员发现，虽然喷砂确实增加了注入CMF的表面粗糙度，但它仍然比铝表现得更好。例如，在最坏的情况下，注入CMF的接触角仍然比铝高50%。

换句话说，注入的CMF通过侵蚀和磨损保持了其性能，这表明它将使前沿机翼部件的使用寿命更长，并降低与维护和更换相关的成本。

拉比伊说:“目前，铝是制造固定翼和旋转翼飞机机翼前缘的首选材料。”“我们的研究结果表明，注入CMF可能是一种有价值的替代品，在相同重量下提供更好的性能。

“出于同样的原因，研究结果表明，我们可以使用不同的材料来制作基质或球体，从而创造出一种性能与传统铝相当的组合，而重量只是传统铝的一小部分。无论哪种方式，你都在提高性能和燃油效率。”

马特·希普曼，研究沟通主管，北卡罗莱纳州立大学．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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