航空航天工程中的表面处理：技术与重要性

航空航天工程是一门关键领域，专注于飞机和航天器的设计、建造和维护。在这一学科中，工程师研究空气动力学、结构变化、推进系统、材料选择和控制系统的科学，以制造高效的航空航天器。航空航天工程中的一个重要方面是表面处理，它涉及涂层和处理的应用，以提高航空器部件的性能、耐久性和外观。

表面处理是一项重要的工艺，能够保护航空航天部件免受环境和操作危害的影响。在运行过程中，航空航天部件会承受极端的温度、压力和力，这些因素可能导致磨损、腐蚀和疲劳。通过涂覆具有抗腐蚀、抗磨损和抗侵蚀特性的涂层，表面处理可以有效防止这些问题的发生。

航空航天工程中常用的表面处理技术包括电镀、阳极氧化、涂漆和粉末涂层。电镀是一种通过电流在基材上沉积金属涂层的工艺，用于增强航空部件的机械性能，例如硬度、耐磨性和抗疲劳强度。阳极氧化是一种通过在金属基材表面形成保护性氧化层的工艺，常用于铝制部件，因为它具有优异的抗腐蚀性、电气绝缘性和多种颜色选择。涂漆和粉末涂层也是航空航天工程中重要的表面处理技术，这些工艺用于提供装饰性外观并保护部件免受环境损害。涂漆是将液态涂层应用于基材的过程，而粉末涂层是通过静电吸附将干粉涂层沉积到基材上的过程。

除了改善航空部件的性能和耐久性外，表面处理还可以提升其外观。航空部件的视觉外观对于美学和品牌形象非常重要，表面处理可以帮助实现所需的外观和触感。在选择适合特定应用的涂层或处理时，航空工程师必须综合考虑功能和美学方面的因素。

航空航天表面处理

航空工程中的超声波清洗

超声波清洗是一种化学和机械技术，用于清除航空部件上的污染物。它利用高频声波激发清洗液，从而深入裂缝，去除颗粒、污垢和其他碎屑。超声波清洗是清洁航空部件最有效的方法之一。Kemet 提供自动化、安全且生产成本低的超声波清洗机。

航空工程中的钝化

钝化是一种通过去除部件表面的铁颗粒来提高不锈钢部件抗腐蚀能力的化学工艺。该工艺使用硝酸或柠檬酸去除表面游离铁。钝化在表面形成一层防腐蚀的屏障，能够持续较长时间。铝、钛、铁基材料、镍、硅和不锈钢等材料可以通过阳极氧化、磷化、镍氟化、二氧化硅和铬氧化层等技术进行钝化。钝化是航空航天应用中的重要工艺，Kemet 提供自动化、多阶段封装钝化设备和系统。

航空航天中使用的材料

航空航天工业使用广泛的材料以满足所需的机械性能。铝合金、高强度钢、钛合金、复合材料和纤维增强材料是一些常用的材料。这些材料占飞机重量的约90%。铝合金因其重量轻和易于加工而成为首选，非常适合用于航空航天工业。聚合物基材料也被用于飞机制造中。所需的材料性能包括抗疲劳和耐热、高达至少889 MPa的抗拉强度、800 MPa的屈服强度、损伤容限、优异的热稳定性、耐腐蚀性和刚性。为了满足这些要求，使用石墨烯、金属合金、复合材料、聚合物复合材料和玻璃纤维增强材料。

为了确保航空航天器的无瑕构造，必须使用性能优越的材料和最佳的生产方法。铸造和锻造是一些用于制造飞机零件的方法。铸造通过加热使金属超过其熔点，冷却后形成所需形状。铸造工艺非常适合生产大型零件和批量制造。锻造通过加热金属至低于熔点的温度，并借助预成型的板材或棒材来塑形。研究表明，锻件的机械强度更高，例如抗拉强度提高26%，疲劳强度提高37%，屈服强度提高44%。锻造还具有较低的孔隙率风险，互锁的晶粒结构有助于保持更好的机械性能。在铸造和锻造后进行模拟以评估和确保零件的最佳性能。之后，进行机械和无损检测以确保部件的可靠运行。

涂层在航空航天工业中用于增强飞机部件的性能和耐久性。最常用的涂层是热喷涂涂层，既可以作为热障涂层，也可以作为可磨耗涂层使用。对于热障涂层，低热导率的材料会被喷涂在机体表面。航空航天工业中常用的涂层厚度范围在100至500 µm之间，其中纳米复合材料和金属基涂层较为常见。可磨耗涂层则用于喷气发动机的压气机叶片，以减少叶片与外壳之间的间隙，从而提高效率并降低燃料消耗。用于此目的最常见的涂层之一是基于镍钛形状记忆合金的涂层。这些涂层用于机翼襟翼及其他控制表面的执行系统中。

航空航天无损检测：确保安全可靠的航空航天部件

无损检测 (NDT) 多年来一直是航空航天工业的重要组成部分。航空航天工业在很大程度上依赖无损检测来评估航空航天器、部件和材料的结构完整性。无损检测是确保航空航天部件安全性和可靠性的关键过程。它可以检测肉眼不可见的材料和结构中的缺陷、裂缝和瑕疵。无损检测的主要优势在于其非侵入性，不会损害测试部件的结构或化学完整性。这意味着可以在不拆解部件的情况下进行测试，为航空航天工业节省时间和金钱。此外，无损检测可以检测到航空航天材料和部件结构中的最小缺陷，从而有助于防止灾难性故障和事故。航空航天无损检测用于检测各种缺陷，例如几何缺陷，包括焊接缺陷、涂层或材料厚度、分层、皱褶、腐蚀引起的裂纹扩展、异物、孔隙和干燥区域。为了实现这一目标，该行业采用了多种技术，包括超声检测 (UT)、磁粉检测 (MPI)、液体渗透检测 (LPI)、目视检测 (VT)、涡流检测 (ET)、射线检测 (RT)、剪切波检测、热成像和声发射检测 (AE)。超声检测利用高频声波识别材料中的缺陷，是一种常用的技术。它尤其适用于检测如裂缝和空隙等内部缺陷。磁粉检测用于检测铁磁材料的表面缺陷。该技术通过使用磁场和氧化铁颗粒来检测表面裂缝和缺陷。液体渗透检测用于检测非铁磁材料的表面缺陷。它通过将液体染料涂抹在材料表面，使其渗入任何表面裂缝或缺陷。然后清除多余染料，并应用显像剂以揭示缺陷位置。目视检测是最简单且最广泛使用的无损检测技术，它通过对部件进行目视检查来识别任何可见缺陷或异常。这种技术通常与其他无损检测技术结合使用，以提供对部件的全面评估。涡流检测是一种用于检测导电材料表面和内部缺陷的技术。它利用磁场和线圈检测由裂纹或其他缺陷引起的电导率变化。射线检测利用X射线或伽马射线检测材料中的缺陷。这种技术特别适合检测如裂缝和空隙等内部缺陷。剪切波检测是一种非接触式无损检测技术，用于检测复合材料中的缺陷。它通过激光检测材料表面因内部缺陷而发生的变化。热成像是一种利用红外相机检测由表面缺陷引起的温度变化的技术。声发射检测是一种用于检测材料内部缺陷释放的能量的技术。它通过传感器检测声发射信号并分析数据以识别任何缺陷。

为了确保符合国际标准，市场上提供了各种认证，航空航天行业可以通过获取这些认证来证明其合规性。质量保证部门在选择适当的无损检测技术并确保其正确实施方面起着关键作用。使用可靠的技术和经验丰富的人员是航空航天行业在现代竞争中取胜的关键。

航空航天机械测试

航空航天机械测试是航空航天工程的一个关键方面。它涉及对着陆装置、飞机框架以及其他航空航天材料的测试。在实际应用到飞机之前，必须确定航空航天材料的机械性能。这有助于实现成本效益高的设计以及先进技术的开发。

航空航天机械测试包括各种测试方法，例如硬度测试、疲劳测试、拉伸和压缩测试、蠕变测试、冲击测试和压痕天文法。硬度测试使用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度和肖氏硬度测试等技术。这些方法采用钻石、钢球或锥形等各种类型的压头。根据硬度测试的类型，这些测试程序有各种ASTM标准。疲劳测试是航空航天机械测试中的一个关键方面。未来的航空航天工程师的目标是降低直接运营成本。腐蚀和鸟击是导致飞机故障的重要因素。因此，需要创造和应用能够承受这些条件的新型和改良的航空航天材料。疲劳测试用于确定材料在循环载荷下的耐久性。拉伸和压缩测试用于确定材料在拉伸和压缩条件下的强度。蠕变测试用于确定材料在长时间内承受恒定载荷的能力。冲击测试用于确定材料承受突发冲击的能力。压痕天文法用于确定材料的硬度和刚度。

为了成功完成材料表征和测试，需要进行样品制备。Kemet 提供一系列样品制备设备，包括表面磨削、自动铣削机和摆动磨削机。样品制备是光学显微镜、原子力显微镜以及硬度测试和金相学等机械测试的关键步骤。

航空航天器在长途运输、通信和现场直播、气候变化分析、环境变化监测、灾害预防、地理定位和先进电信领域有着广泛应用。无人机也被开发用于更详细和精确的外层空间分析。航空航天领域涵盖军事、商业、导弹、宇宙飞船、通用航空市场和航空公司。

航空航天材料表征：光谱学和显微技术概览

航空航天工业需要能够承受恶劣环境条件、高温和应力的材料。因此，航空航天材料的表征和测试对于评估其性能和耐久性至关重要。显微技术和光谱学等表征技术提供了材料微观结构以及杂质或附加化合物的洞察。

通过显微技术进行微观结构分析

显微技术是航空航天材料表征的基础技术。它通过使用光或电子束放大样品，允许对微观结构进行可视化。光学显微镜、扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 是一些常用的技术。光学显微镜：光学显微镜使用可见光放大样品。Kemet 提供一系列光学显微镜，如金相显微镜、立体显微镜、数字显微镜和偏光显微镜，以满足航空航天工业的需求。这些显微镜提供高分辨率图像，并可连接Wi-Fi网络以实现高效的数据传输。扫描电子显微镜：SEM 使用电子放大样品，提供微观结构的高分辨率图像。SEM 对材料的表面形态、晶体学和组成的评估非常有用。透射电子显微镜：TEM 是一种利用电子通过样品的技术，提供微观结构的高分辨率图像。TEM 对材料的晶体结构和缺陷的评估非常有用。

航空航天材料表征中的光谱学技术

光谱学通过使用不同光谱来表征材料。这些光谱包括X射线衍射 (XRD)、X射线光电子能谱 (XPS)、紫外-可见光谱 (UV-vis)、拉曼光谱和能量色散光谱 (EDS)。X射线衍射：XRD 使用X射线分析材料的晶体结构。XRD 对相位识别、晶体学取向和纹理分析的评估非常有用。X射线光电子能谱：XPS 使用X射线激发样品中的电子，提供材料表面化学和元素组成的信息。紫外-可见光谱：UV-vis 光谱利用光来确定材料的电子结构和光学特性。UV-vis 光谱对能带隙能量、电子跃迁和杂质的存在评估非常有用。拉曼光谱：拉曼光谱使用光来确定材料的振动模式。拉曼光谱对化学键、结构分析和杂质识别的评估非常有用。能量色散光谱：EDS 使用电子激发样品，提供材料中元素组成的信息。EDS 对评估材料中的杂质或附加化合物非常有用。