《表面工程技術》在民航院校課程體系中的建設

丁坤英 孫宇博 程濤濤

摘要：為了體現表面工程技術課程在民航院校課程體系中的特色，討論了課程的建設內容、知識要點、教學方法和考核方式。提出采用案例式教學方法將知識模塊和知識要點進行串聯，加強實驗模塊設計，并提出多元化考核的課程建設方案。

關鍵詞：表面工程技術;民航;工程應用課程;教學內容;案例教學法

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）51-0222-02

一、引言

表面工程是材料表面經過預處理后，通過表面沉積、表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變金屬或非金屬表面的化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得表面所需性能的系統工程。利用這種工程技術可以在不改變零件主體結構的基礎上，賦予零件表面耐磨、耐腐蝕、潤滑、耐熱、抗氧化、密封、導電、絕緣、輻射和防輻射等單一或綜合的性能[1，2]。這種表面工程技術的價值一方面體現在“創新性”，利用先進的表面工程技術可以控制原子的沉積過程，調節原子的配比，改變原子的排列結構，從而獲得制備傳統加工方法不能實現的新性能。例如利用電鍍技術可以制備非晶膜層和復合材料膜層，利用離子注入技術可以制備非正常價配比的新型材料。表面工程技術的價值另一方面體現在其經濟性，表面工程僅僅改變材料表面的性狀，而不用大規模地加工制造，有效地降低了生產成本[3]。先進的表面工程技術在工程機械制造業中的應用產生了極大的經濟效益和社會效益。因此在高等教育階段，很多的工科院校設置了表面工程技術相關的課程進行知識的講授。表面工程技術是一門多學科交叉技術，相關課程的綜合性、實踐性較強，同時又會隨科學技術的發展而不斷更新，在教學過程中需要將理論和實際工程應用緊密結合，更重要的是需要根據專業培養計劃規劃相應的教學重點，突出人才培養的特色。本文分析了表面工程技術在民用航空器持續適航保障方面的應用價值，分析了民航院校在機務維修類人才培養中安排哪些表面工程技術知識進行傳授，探討了如何根據具有特色的教學大綱制定教學計劃、提高課堂教學質量、改革考核方式，豐富學生的理論知識內容和動手操作能力，培養應用型人才。

二、民用航空器對表面工程技術的需求

按照Matton博士的分類方法，表面工程技術可以進行如下分類：（1）原子沉積;（2）顆粒沉積;（3）整體覆蓋;（4）表面改性。民用航空器工作環境比較復雜，存在著如高溫、沖蝕、摩擦磨損、靜電積累等，因此對于部件的表面性能要求較高，需要表面工程技術進行防護。在民用航空器制造和維修過程中常用到的表面工程技術包括電鍍、熱噴涂、堆焊、陽極氧化等。

電鍍是傳統表面工程技術，在民用航空器中常用到的是電鍍硬鉻和電鍍鎘。電鍍硬鉻主要解決的是飛機起落架部件的表面磨損和腐蝕問題。電鍍鎘解決的是異種金屬接觸時的電化學腐蝕問題。熱噴涂技術適用性廣，在航空器部件表面防護中應用得也最廣泛。例如，利用等離子噴涂技術制備陶瓷熱障涂層，提升發動機熱端部件的熱防護能力;利用火焰噴涂技術制備封嚴涂層，解決航空發動機的氣路密封問題。堆焊是利用焊接的方法恢復部件形狀和尺寸的有效方法，在發動機葉片和機匣的尺寸恢復過程中經常采用。陽極氧化方法是在金屬的表層形成一種氧化物膜層，是解決鋁合金、鈦合金耐磨和防腐問題的有效途徑。民用航空器持續適航保障技術包含故障診斷、無損檢測、損傷修復、裝配試車等。其中部件的損傷往往發生在表面區域，因此在損傷修復過程中采用的技術一般為表面工程技術。在部件的損傷修復過程中需要具備表面工程相關技術的人員，這也給學校的人才培養提出了相應的要求。

三、民航院校表面工程技術課程的建設

表面工程涉及的技術領域較廣，怎樣在有限的課時內幫助學生建立系統的工程思想同時突出民用航空器維修制造的特色，是民航行業院校表面工程技術課程講授過程中需要考慮的重點。以下將分幾個方面進行討論。

1.表面工程課程內容的安排。表面工程課程的內容較為零散、相對獨立，適合采用“模塊式”教學的方式安排教學內容。根據民航制造和維修領域的需求，教學內容應該涉及如下幾個模塊：“表面與界面基礎”、“電鍍和化學鍍”、“化學轉化膜”、“化學熱處理”、“表面涂覆技術”、“表面堆焊技術”、“表面改性技術”。每個模塊都有自己的知識要點，其關系圖如表1所示。這些知識點有些是基礎知識，有些是應用型知識。在應用型知識點的講授過程中，需要突出知識的適用性和先進性。例如“表面堆焊技術”模塊中的“堆焊材料”知識點應該側重于航空制造中經常采用的鎳基高溫合金，“高能束堆焊”知識點應該側重于發動機葉片堆焊過程中經常采用的微弧等離子束堆焊。

2.“案例式”教學方法的應用。表面工程課程模塊化內容較多，為了讓學生在學習過程中留下較為深刻的印象，需要采用“案例式”教學方法進行關鍵知識點的講解。例如在講解“表面涂覆技術”模塊中“涂層的應用”知識點時，可以采用航空發動機燃燒室熱障涂層的應用案例進行講解。在講解案例之前讓學生自行查閱熱障涂層的相關知識，了解熱障涂層的作用。教師在課上講解涂層的結構特點、結構對隔熱性能的影響、結構的控制方法等。通過這個案例把熱噴涂的加溫加速過程、粒子的撞擊過程、涂層結構的控制方法等相關知識點串聯起來，使“表面涂覆技術”模塊形成一個整體。

3.實驗實踐模塊的設置。表面工程是一門側重于實踐應用的課程，因此實驗實踐模塊的設置尤為重要。在民用航空器制造與維修工程中用到的“表面涂覆技術”所占的比例最高，因此優先考慮表面涂覆的實驗內容。在選擇實驗內容時以等離子噴涂氧化鋯陶瓷涂層為宜，一方面此內容與案例教學相呼應，另一方面此實驗內容最能體現熱噴涂涂層技術特點，可以設置涂層噴涂演示實驗、涂層結構分析實驗和涂層硬度測試實驗3個實驗模塊。

4.考核方法的改革。表面工程知識模塊既涉及基礎知識，也涉及應用型知識，若采用單一的考核模式不能體現不同模塊知識要求方面的差異性。在考核方面可以通過試卷的方式考核學生對基礎知識的掌握程度，同時利用書面小報告的形式考查學生對應用型知識的應用能力。賦予兩種考核方式不同的分值比例，通過考核促進學生對于知識點的掌握。

四、結語

表面工程技術課程本身具有“理、工”兼備的特色，需要在表面晶體學、表面擴散、表面物理化學的理論基礎設置工程應用的模塊。表面工程技術在民航維修和制造中應用廣泛，民航類院校在此課程的知識模塊設計中需要突出“民航特色”和“科學前沿性”。為了實現上述教學目標需要教師精選教學內容并引入科學的教學方法。“表面涂覆技術”、“表面改性技術”應該是此類課程的主要教學內容。在教學過程中引入“案例教學法”能夠提高學生的學習主動性，提升學習的效率。改變傳統的考核方式，通過試卷考核和書面報告相結合的方式更能引導學生對于知識點的掌握。

參考文獻：

[1]安冬敏，周青軍，仝曉強，等.《材料表面工程導論》課程教學改革的初步探討[J].亞太教育，2016，（5）：293.

[2]田立輝，盧向雨.《材料表面工程技術》本科教學改革探索[J].產業與科技論壇，2017，26（3）：217-218.

[3]張磊先，杜靜，李文學.先進焊接技術在國內航空制造領域內的應用和發展概況[J].新技術新工藝，2012，（9）：61-64.