Havacılık kaplamaları, uçak tasarımının kritik bir unsuru olarak, estetik açıdan dekoratif özellikler sunmanın yanı sıra uçakları zorlu çevresel koşullardan koruyan aktif bir savunma mekanizması işlevi görür.
Havacılık kaplamaları uçak tasarımında önemli bir rol oynar. Sivil ve genel havacılık endüstrisi için dekoratif anlamda önemlilerdir, ancak aynı zamanda aktif bir koruyucu işlevi de vardır. Havacılık ve uzay kaplamaları pazarı kendi içerisinde dörde ayrılır: ticari yolcu uçağı, savunma uçağı, genel havacılık ve uzay. Pazarın hacminin ve satışlarının çoğunluğu ilk iki pazar tarafından karşılanmaktadır. Büyük ticari uçak üreticilerinin uzun vadeli öngörülerine göre, hava yolculuğu, dünya çapındaki havacılık ağının ve bağlantısının genişlemesiyle birlikte büyümeye devam edecek ve büyük nüfus merkezleri arasında daha fazla kapasite sağlayacaktır. Şu anda hizmette olan 100’den fazla yolcu kapasiteli 20.341 ticari uçaktan oluşan filonun, yıllık ortalama %3.6 büyüme oranıyla 2032 yılına kadar iki katından fazla artarak 41.000’in üzerine çıkması beklenmektedir. Havacılık sektöründeki son kullanıcılardan gelen artan talep, havacılık boya pazarını önemli ölçüde etkilemektedir. Şu anda, çevresel faktörlerin etkisiyle sektörün boya ihtiyacı artmıştır. Tahminler, havacılık boya pazarının 2032 yılına kadar 2 milyar ABD dolarına çıkacağını göstermektedir.
Uçak yüzeylerine uygulanan boya sisteminin temel amacı, korozyon ve aşınmanın etkisini azaltarak aracın zorlu koşullara dayanma kabiliyetini arttırmaktır. Bunun yanı sıra, havacılık kaplamaları farklı çevre koşullarıyla başa çıkabilmelidir. Rutin operasyonlarında, +50°C sıcaklığa sahip bir çölden kalkış yapıp 10 kilometre irtifada -55°C sıcaklık ve güçlü UV radyasyonu ile karşılaştıklarında, ani sıcaklık değişimlerine dayanabilmelidirler. Öte yandan, bu kaplamalar yoğunlaşma, aşınma, darbe etkileri, motor titreşimleri, türbülanstan kaynaklanan yapısal esnemeler ve basınç değişimleri nedeniyle birçok kuruma ve ıslanma döngüsüne dayanmak zorundadır. Uçağın gövdesi ve diğer dış yüzeyleri dış kaplama sistemleri ile kaplanır. Daha önce belirtildiği gibi, uçak dış kaplama sistemleri değişen sıcaklıklar, güçlü UV radyasyonu, nem maruziyeti, aşınma ve yakıt, buz çözme sıvıları, hidrolik sıvılar, deniz bölgelerinden kaynaklanan potansiyel olarak korozif tuzlar ve endüstriyel kirlilik ile volkanik patlamalardan kaynaklanan asidik aerosoller gibi agresif ortamlara maruz kalma gibi çeşitli çevresel streslere dayanmak zorundadır. Tipik bir dış kaplama sistemi birçok farklı katmandan oluşur: ön işlem katmanı (anodize katman veya kimyasal dönüşüm kaplaması) ardından bir astar katmanı (15-25 μm), ve pigmentli dekoratif bir son kat veya bazı durumlarda bazkat üzerine vernik kaplaması (60-120 μm)
Kritik uçak yüzeylerindeki buzlanma uçak performansını azaltır ve ciddi bir potansiyel tehlikedir. Bu nedenle, kanat ön kenarları ve nacel giriş dudakları gibi kritik uçak yüzeyleri aktif buz koruma sistemleriyle donatılmıştır. Buzlanma, aşırı soğutulmuş suyun bir nesne üzerinde donmasıyla oluşan bir olgudur. Uçaklarda buzlanma, yerde ve uçuş sırasında görülebilir. Uçuş sırasında kanat kesitinde bir değişikliğe neden olarak durmaya yol açabilir ve en kötü durumda uçak düşebilir. Bir uçağın buzlanmasını önlemek için fiziksel yöntemler vardır. Genellikle motordan gelen ısıtıcı sıcak hava veya bir buz çözücü botu kullanılır. Aktif buz koruma sistemleri yakıt tüketimini artırır ve uçak sistemlerine karmaşıklık katar. İşlevsel bir katkı maddesi kullanan kimyasal yaklaşım, bu fiziksel yöntemler yerine bir seçenek olabilir.
Havacılık için uygun hidrofobik ve buz tutmaz kaplamalar, uçuş operasyonu sırasında kabul edilebilir bir süre boyunca hidrofobiklik ve buz tutmazlık özelliklerini korumalı ve erozyon, korozyon, UV, nem ve sertlik direnci açısından boya kaplanmamış ve boya kaplanmış havacılık ürünleriyle benzer özelliklere sahip olmalıdır. Bu makalenin amacı, hidrofobik ve buz tutmaz kaplamaların çalışma prensiplerini anlamak ayrıca, uçaklar için hidrofobik ve buz tutmaz özelliğe sahip kaplamalar tasarlamak için öneride bulunmaktır. Ek olarak, hidrofobik yüzey elde etme konusunda gerçekleştirilen deneysel çalışmaların sonuçları son aşamada paylaşılmıştır.
Su damlacıklarının yüzey ile etkileşimini incelediğimizde, hidrofobik yüzeylerin çalışma prensibi hakkında daha iyi fikir sahibi oluruz. Su damlacıkları pürüzsüz bir yüzeye sahip bir alt tabaka üzerine bırakıldığında, çarpan damlacıklar yayılabilir ve alt tabakayı tamamen ıslatabilir. Bir diğer senaryoda katı fazı gaz fazından ayıran bir bariyer film oluşur veya yüzeyi kısmen ıslatan boncuk yapılar gözlemlenebilir. Boncuklar 10 milisaniyeden daha kısa sürede oluşur. Şekil 3’de gösterildiği gibi, boncuğun şekli, su moleküllerinin birbirine uyguladığı kohezyon kuvvetlerine (sıvı/sıvı) bağlıdır. Bu kuvvetler, yerçekimi kuvvetinin ihmal edilebilir olduğu durumlarda, su ve yüzey molekülleri arasındaki moleküler çekimden kaynaklanan adezyon kuvvetleri (sıvı/katı) olarak tanımlanır.
