复合材料遭遇来自金属日益强劲的挑战

 

    空客正在发展一种新的耐蚀不锈钢“CRES”，用于飞机起落架;

 

    哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的光滑防腐蚀涂料项目也提高钢的强度;

 

    波音研究的轻于空气的微格金属（与聚合物比较）,旨在应用于包括飞机内饰的用途。

 

 

    空中客车公司正在与起落架制造商梅西埃道蒂、钢和钛合金研发商卡朋特技术公司以及谢菲尔德大学先进制造研究中心（AMRC，罗瑟勒姆，英国）合作开发新的耐蚀不锈钢“CRES”。据空客称，“CRES”消除了需要使用传统的镉和铬酸盐涂层，而代之以固有耐腐蚀金属。有强度与现有钢材相当，成本可能仅为钛合金一半，且由于改进了耐腐蚀性、断裂韧性和应力开裂，具有降低成本的进一步潜力。它是针对未来飞机起落架取代钢和钛合金开发的。复合材料在金属置换方面取得了重大进展得益于这些相同的品质。九架A320飞机主起落架组件用“CRES”锻件制成，且材料正进一步发展，包括建立工业化生产途径。目前两个组件已完成精整，团队希望开展“CRES”起落架服役评估。

 

    改进防腐蚀涂料

 

    用更传统的途径来减轻钢铁和其他金属的腐蚀缺陷也得到一些超级性能的技术。哈佛大学工程和应用科学学院的研究人员约翰•a•保尔森已经开发出一种纳米多孔氧化钨涂层，据称排斥任何一种液体，即使服役环境持续恶劣的结构。工程和应用科学学院（SEAS）研究人员指出，随着钢铁的发展，钢铁表面仍然基本未变，仍容易受到海水、盐和研磨材料如沙石的腐蚀。在乔安娜Aizenberg教授的带领下，该团队于2011年开发出了光滑液体灌注多孔表面，现在声称“滑钢”已获大量订购，且比任何此前开发的防腐涂料更耐用。

 

    关键是表面工程，使材料的设计可以执行多个，甚至相互矛盾的功能，而未发生其固有的性能退化。电化学沉积——已经被广泛用于钢铁生产的超薄薄膜，用于在钢铁表面沉积成千上万的小型而粗糙的氧化钨区。这些区域不仅提供憎水表面，也使钢强度提高。涂层钢可应用于医疗工具和设备，3D打印技术，甚至可能是建筑和船只。

 

    虽然许多出版物最近宣布这一进展，它实际上近十年以前就开始了，复合材料世界在2011年对其进行了报道。有趣的是，它开始作为聚合物系统。雷切尔帕克在2013年写了一大篇文章：“微点阵结构”，这就解释了技术很好。所有初始的微晶格结构是关于树脂光反应单体和紫外线的相关研究。

 

    平行的紫外线直接照射到光反应单体树脂上，通过成千上万的小洞,一个掩膜和一层石英，形成自动传输的光敏聚合物波导，这反过来形成微点阵结构。该项研究成果是由HRL实验室（马里布，加州，美国）研究出来的，该实验室由波音公司（芝加哥,美国）和通用汽车（General Motors）（美国底特律）共同拥有。我感兴趣的是，波音公司宣传其开发的技术成为世界上最轻的金属，潜在的用途是替代目前应用的飞机内饰材料。

 

    同时，商业化公司——点阵材料公司已于2011年成立，这种点阵材料除在航空航天和汽车之外，已经宣布赢得合同由美国国家橄榄球联盟,通用电气和下盔甲,开发在足球头盔中用点阵塑料代替泡沫。材料将吸收冲击能量，限制峰值负荷，据称可以增强“智能晶格”检测和传输数据，这可能会进一步提高头盔的设计和性能的影响。他们也允许更多的空气流，因此，比当前的泡沫材料更透气。

 

    由于微晶格结构，点阵材料看到几乎无限的潜力，似乎没有被塑料、金属或其他材料束缚住。但回到我们开始，波音公司认为其最大的卖点在微晶格金属。复合材料确实有新的竞争，但也可能是新的机会。