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卷首语 | 走向深空 走向深蓝 关注极端环境材料腐蚀与防护
2020-04-08 10:42:59 作者:鞠鹏飞 来源:航天科技八院 149 厂

我是 2008 年开始有幸师从左禹教授开始从事不锈钢在高温还原性介质中的腐蚀与防护研究,2013 年博士毕业后加入航天八院 149 厂从事航天材料表面防护技术研究工作。与专注于某一领域开展研究不同,我的工作需要我对不同的腐蚀失效及其表面防护技术均有深入的理解与认识。在工作之初,《腐蚀与防护之友》杂志刊登的很多资讯给予了我很大的启发。也正是基于此,我接受了编辑部的邀请,借此机会浅谈航天材料的腐蚀与防护技术。


航天材料是支撑空天装备创新和航天工程快速发展的重要基础,其腐蚀与防护技术则是材料可靠应用的重要保障。在诸多型号产品中,涉及到航天材料腐蚀与防护的主要有海洋与空间两个极端环境。


在海洋环境中,高温、高湿、高盐雾、高辐照的环境导致热老化、金属氧化、油漆脱落等;绝缘部件绝缘作用失效;电子部件的电阻、介质常数等性能参数改变;润滑剂的粘性降低、失效率增大;物理膨胀导致结构部件过载、活动部件卡死、元件焊点脱开、复合材料结构力学性能下降、密封部件失效、漏气等。我们近年来在万宁、永兴岛等试验站投放了大量试片、涂层、结构件等样件,考察了上百种材料表面氟碳、聚氨酯、石墨烯重防腐涂料等不同防护涂层的耐蚀性能。同时对不同环境加速谱进行了对比研究,形成了适用于南海环境的涂层加速老化系统,上述成果已应用于航天八院某型号,大幅提高了装备的环境适用性。虽然重防腐涂层目前国内研究成果较多,但是对于某些特殊功能的涂层,其在海洋环境下的性能演变、失效机制和改进技术的研究仍需要开展大量的研究。此外,对于多种材料的结构件,其电偶腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等多种状况并存,该类产品的防护目前国内缺少统一的准则,需要国内的研究型企业与高校合作,进行相应研究。


在深空环境中,轻合金是近年来的研究热点。国产镁锂合金材料也开始逐步应用于卫星型号,在降低卫星结构系统质量,提高卫星承载能力上取得了显著的成效,但镁锂合金耐蚀性能很差。近年来,我们系统研究了不同相结构的镁锂合金表面防护技术,并开发了高结合力化学镀镍、化学氧化、微弧氧化等技术,并于 2018 年首次实现了镁锂合金在高轨卫星的应用。


航天型号还有一类特殊的材料失效形式——来自空间环境的“腐蚀”。卫星、空间站等型号在空间环境服役时,需要经受复杂的空间环境,包括高真空环境、冷黑环境、太阳电磁辐射、带电粒子辐射、中性大气、空间碎片与微流星体、等离子体、微振动、微重力以及载人密封舱内的细菌、湿度等环境。在深空探测过程中,还需要考虑月球月尘、火星尘暴、金星酸性大气等。飞行器的外露材料如:热控涂层以及太阳翼电池片,需要经受大量的空间粒子轰击,从而造成性能下降,其中原子氧与紫外线对材料的损伤最大。此外,微生物直接威胁到航天员的健康和空间站的运行安全,航天员在飞行过程中自身体内的微生态平衡会有所变化,人体免疫力下降,空间站中微生物对航天员健康带来的危害极其严重。微生物腐蚀会造成密封件、线路板、结构件等材料的腐蚀,对空间站的可靠服役带来隐患。空间站表面微生物控制的首要措施是对空间站上所使用的材料进行严格的筛选,尽可能控制微生物进入空间站环境,其次,使用具有良好抗菌防霉性能的材料,以减少微生物的生长,第三,对所选用的材料进行抗菌防霉处理,提高材料的抗菌防霉性能,减缓微生物的生长。


腐蚀与防护技术是应用型基础研究,近年来看到越来越多的企业参与中国腐蚀与防护学会的活动,很多高校、科研院所的研究成果在企业示范应用。随着我国航天工程以及国防建设的进一步推进,航天装备服役的环境越来越苛刻、服役寿命越来越长、性能要求越来越高,航天材料的腐蚀与防护将发挥越来越重要的角色。相信在产学研深入合作下,还会有大量的高性能防护涂层、高性能薄膜不断涌现,解决我国航天装备在极端环境下服役难题,提高我国航天装备的性能与寿命;同时科研人员会提炼出其中的关键科学问题,从而提升我国航天装备腐蚀与防护基础科研实力。

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