飛行器行進時氣流首先接觸的機翼前緣(leading edge),對材料的疏水性、昆蟲附著性和防腐蝕性都有很高的要求。

北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)最近發明了一種複合金屬泡沫材料,據稱各方面性能比目前廣泛採用的鋁合金材料更卓越。

研究者之一北卡羅來納州立大學的機械和航空航天工程教授拉比(Afsaneh Rabiei)說:「我們把這種混合材料稱作『浸潤CMF』,它和鋁材重量相當,但是更堅硬,其它特性也更有利於飛機性能、安全和燃油效能。」

CMF由空心金屬球嵌在金屬支架上構成,金屬球的材料可以是不銹鋼或鈦,金屬支架也可以是鋼、鋁或合金製成。這份研究中,研究人員使用的金屬球和支架都是鋼材製成。之前的研究顯示,這種材料很堅固,可以承受.50口徑子彈和高溫。

之所以稱作「浸潤CMF」,因為製作過程中,將這種材料浸在不透水的環氧樹脂(epoxy resin)中,用真空吸力把樹脂吸入金屬球內部,以及金屬支架之間的細小縫隙中,也就是說,CMF材料中88%的空隙都被環氧樹脂填充。

之後研究人員測試這種材料在接觸角(Contact angle)、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,意味著越多的水份黏連在材料表面。水份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%。

另外,不幸撞上飛機的昆蟲的殘骸也是對飛機很不利的因素。昆蟲附著性指標又有兩個部份:殘骸不斷累積成塊的最大高度,以及累積成片的最大面積。CMF材料也顯示比鋁材更佳的特性,昆蟲污漬的最大可累積高度只有鋁材的60%;面積只有30%。

最後,用噴砂實驗模擬使用一段時間後、材料遭磨損之後的性能情況。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%。

研究人員表示,這些數據說明,CMF作為機翼前緣材料將比鋁材更經久耐用,並減小維護和替換的成本,是目前鋁材很好的替換材料。◇