《表面工程技術(shù)》在民航院校課程體系中的建設(shè)

丁坤英 孫宇博 程濤濤

摘要：為了體現(xiàn)表面工程技術(shù)課程在民航院校課程體系中的特色，討論了課程的建設(shè)內(nèi)容、知識(shí)要點(diǎn)、教學(xué)方法和考核方式。提出采用案例式教學(xué)方法將知識(shí)模塊和知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)，并提出多元化考核的課程建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：表面工程技術(shù);民航;工程應(yīng)用課程;教學(xué)內(nèi)容;案例教學(xué)法

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

一、引言

表面工程是材料表面經(jīng)過預(yù)處理后，通過表面沉積、表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變金屬或非金屬表面的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得表面所需性能的系統(tǒng)工程。利用這種工程技術(shù)可以在不改變零件主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，賦予零件表面耐磨、耐腐蝕、潤(rùn)滑、耐熱、抗氧化、密封、導(dǎo)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(shù)的價(jià)值一方面體現(xiàn)在“創(chuàng)新性”，利用先進(jìn)的表面工程技術(shù)可以控制原子的沉積過程，調(diào)節(jié)原子的配比，改變?cè)拥呐帕薪Y(jié)構(gòu)，從而獲得制備傳統(tǒng)加工方法不能實(shí)現(xiàn)的新性能。例如利用電鍍技術(shù)可以制備非晶膜層和復(fù)合材料膜層，利用離子注入技術(shù)可以制備非正常價(jià)配比的新型材料。表面工程技術(shù)的價(jià)值另一方面體現(xiàn)在其經(jīng)濟(jì)性，表面工程僅僅改變材料表面的性狀，而不用大規(guī)模地加工制造，有效地降低了生產(chǎn)成本[3]。先進(jìn)的表面工程技術(shù)在工程機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此在高等教育階段，很多的工科院校設(shè)置了表面工程技術(shù)相關(guān)的課程進(jìn)行知識(shí)的講授。表面工程技術(shù)是一門多學(xué)科交叉技術(shù)，相關(guān)課程的綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)，同時(shí)又會(huì)隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷更新，在教學(xué)過程中需要將理論和實(shí)際工程應(yīng)用緊密結(jié)合，更重要的是需要根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃規(guī)劃相應(yīng)的教學(xué)重點(diǎn)，突出人才培養(yǎng)的特色。本文分析了表面工程技術(shù)在民用航空器持續(xù)適航保障方面的應(yīng)用價(jià)值，分析了民航院校在機(jī)務(wù)維修類人才培養(yǎng)中安排哪些表面工程技術(shù)知識(shí)進(jìn)行傳授，探討了如何根據(jù)具有特色的教學(xué)大綱制定教學(xué)計(jì)劃、提高課堂教學(xué)質(zhì)量、改革考核方式，豐富學(xué)生的理論知識(shí)內(nèi)容和動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

二、民用航空器對(duì)表面工程技術(shù)的需求

按照Matton博士的分類方法，表面工程技術(shù)可以進(jìn)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(huán)境比較復(fù)雜，存在著如高溫、沖蝕、摩擦磨損、靜電積累等，因此對(duì)于部件的表面性能要求較高，需要表面工程技術(shù)進(jìn)行防護(hù)。在民用航空器制造和維修過程中常用到的表面工程技術(shù)包括電鍍、熱噴涂、堆焊、陽極氧化等。

電鍍是傳統(tǒng)表面工程技術(shù)，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(jī)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(shí)的電化學(xué)腐蝕問題。熱噴涂技術(shù)適用性廣，在航空器部件表面防護(hù)中應(yīng)用得也最廣泛。例如，利用等離子噴涂技術(shù)制備陶瓷熱障涂層，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的熱防護(hù)能力;利用火焰噴涂技術(shù)制備封嚴(yán)涂層，解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路密封問題。堆焊是利用焊接的方法恢復(fù)部件形狀和尺寸的有效方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和機(jī)匣的尺寸恢復(fù)過程中經(jīng)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(xù)適航保障技術(shù)包含故障診斷、無損檢測(cè)、損傷修復(fù)、裝配試車等。其中部件的損傷往往發(fā)生在表面區(qū)域，因此在損傷修復(fù)過程中采用的技術(shù)一般為表面工程技術(shù)。在部件的損傷修復(fù)過程中需要具備表面工程相關(guān)技術(shù)的人員，這也給學(xué)校的人才培養(yǎng)提出了相應(yīng)的要求。

三、民航院校表面工程技術(shù)課程的建設(shè)

表面工程涉及的技術(shù)領(lǐng)域較廣，怎樣在有限的課時(shí)內(nèi)幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的工程思想同時(shí)突出民用航空器維修制造的特色，是民航行業(yè)院校表面工程技術(shù)課程講授過程中需要考慮的重點(diǎn)。以下將分幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

1.表面工程課程內(nèi)容的安排。表面工程課程的內(nèi)容較為零散、相對(duì)獨(dú)立，適合采用“模塊式”教學(xué)的方式安排教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)民航制造和維修領(lǐng)域的需求，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該涉及如下幾個(gè)模塊：“表面與界面基礎(chǔ)”、“電鍍和化學(xué)鍍”、“化學(xué)轉(zhuǎn)化膜”、“化學(xué)熱處理”、“表面涂覆技術(shù)”、“表面堆焊技術(shù)”、“表面改性技術(shù)”。每個(gè)模塊都有自己的知識(shí)要點(diǎn)，其關(guān)系圖如表1所示。這些知識(shí)點(diǎn)有些是基礎(chǔ)知識(shí)，有些是應(yīng)用型知識(shí)。在應(yīng)用型知識(shí)點(diǎn)的講授過程中，需要突出知識(shí)的適用性和先進(jìn)性。例如“表面堆焊技術(shù)”模塊中的“堆焊材料”知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該側(cè)重于航空制造中經(jīng)常采用的鎳基高溫合金，“高能束堆焊”知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該側(cè)重于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片堆焊過程中經(jīng)常采用的微弧等離子束堆焊。

2.“案例式”教學(xué)方法的應(yīng)用。表面工程課程模塊化內(nèi)容較多，為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中留下較為深刻的印象，需要采用“案例式”教學(xué)方法進(jìn)行關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的講解。例如在講解“表面涂覆技術(shù)”模塊中“涂層的應(yīng)用”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以采用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室熱障涂層的應(yīng)用案例進(jìn)行講解。在講解案例之前讓學(xué)生自行查閱熱障涂層的相關(guān)知識(shí)，了解熱障涂層的作用。教師在課上講解涂層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)對(duì)隔熱性能的影響、結(jié)構(gòu)的控制方法等。通過這個(gè)案例把熱噴涂的加溫加速過程、粒子的撞擊過程、涂層結(jié)構(gòu)的控制方法等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，使“表面涂覆技術(shù)”模塊形成一個(gè)整體。

3.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模塊的設(shè)置。表面工程是一門側(cè)重于實(shí)踐應(yīng)用的課程，因此實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模塊的設(shè)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(shù)”所占的比例最高，因此優(yōu)先考慮表面涂覆的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)以等離子噴涂氧化鋯陶瓷涂層為宜，一方面此內(nèi)容與案例教學(xué)相呼應(yīng)，另一方面此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容最能體現(xiàn)熱噴涂涂層技術(shù)特點(diǎn)，可以設(shè)置涂層噴涂演示實(shí)驗(yàn)、涂層結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)和涂層硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)3個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

4.考核方法的改革。表面工程知識(shí)模塊既涉及基礎(chǔ)知識(shí)，也涉及應(yīng)用型知識(shí)，若采用單一的考核模式不能體現(xiàn)不同模塊知識(shí)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(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，同時(shí)利用書面小報(bào)告的形式考查學(xué)生對(duì)應(yīng)用型知識(shí)的應(yīng)用能力。賦予兩種考核方式不同的分值比例，通過考核促進(jìn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握。

四、結(jié)語

表面工程技術(shù)課程本身具有“理、工”兼?zhèn)涞奶厣?，需要在表面晶體學(xué)、表面擴(kuò)散、表面物理化學(xué)的理論基礎(chǔ)設(shè)置工程應(yīng)用的模塊。表面工程技術(shù)在民航維修和制造中應(yīng)用廣泛，民航類院校在此課程的知識(shí)模塊設(shè)計(jì)中需要突出“民航特色”和“科學(xué)前沿性”。為了實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)需要教師精選教學(xué)內(nèi)容并引入科學(xué)的教學(xué)方法?！氨砻嫱扛布夹g(shù)”、“表面改性技術(shù)”應(yīng)該是此類課程的主要教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)過程中引入“案例教學(xué)法”能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)的效率。改變傳統(tǒng)的考核方式，通過試卷考核和書面報(bào)告相結(jié)合的方式更能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握。

參考文獻(xiàn)：

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