古今中外，軍事家無不把發展軍事裝備作為一項重要的軍事政策。軍事裝備是構成軍隊戰斗力的重要物質基礎，發展軍事裝備是提高軍隊戰斗力的重要途徑，軍事裝備的現代化已成為世界各國軍隊現代化和國防現代化的重要標志。然而，腐蝕是裝備的克星，直接影響裝備的安全運行與使用壽命，研究軍事裝備的腐蝕特點及尋找防腐蝕對策，是科技領域的一個長期研究的課題。為了全面了解我國軍事裝備的腐蝕現狀，對比國內外防控措施，探尋關鍵的防腐新材料、新技術，記者特邀請到裝甲兵工程學院魏世丞研究員做相關方面的精彩解讀。

    魏世丞，全軍“學科拔尖人才”培養對象、裝甲兵工程學院博士后，現為裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室研究員，博士生導師。曾榮獲獲多項國家級、軍隊級獎項，在裝備維修與再制造、熱噴涂等研究領域頗有造詣。

魏世丞研究員

    記者：軍事裝備的發展，于國于民意義重大，然而腐蝕問題一直是困擾裝備發展主要問題之一，請您大致談談目前我軍裝備腐蝕狀況如何？腐蝕與防護研究工作在我軍裝備發展中的意義和重要性。

    魏研究員：現代軍事裝備日趨復雜，由于腐蝕引起的維修問題越來越突出，導致維修費用在裝備全壽命周期系統中所占比例越來越大，尤其是我陸、海、空、火箭軍、戰略支援部隊等裝備面對高溫、高濕、高鹽霧的苛刻環境，因腐蝕、污損、磨損、疲勞導致裝備失效，增加了計劃外維修任務，嚴重影響了裝備的戰技性能。

    當前，“瀕海作戰”的概念由美海軍提出“今天的戰場在瀕海，在五大洲陸海交界的地方”，同時提出了“由海向陸”、“前沿存在”等戰略思想，催生了“海上打擊、海上盾牌、海上基地”等理念，使瀕海作戰由紙面躍上海面，其作為新型聯合作戰樣式，涵蓋了信息化戰場陸、海、空、天、網、電磁空間等范疇。由于海洋性氣候的影響，導致瀕海裝備中槍械存在的問題主要是銹蝕，需要分解擦拭，造成機械零件磨損嚴重，導致射擊精度下降；雷達、光學儀器、保障車輛等通用裝備的腐蝕狀況也是十分嚴重，影響了裝備服役性能；艦艇長期在海水中浸泡以及海生物的附著，導致艦體腐蝕嚴重、機動性能下降，每年需幾次涂裝進行防腐防污治理，既增加了維修工作量，又降低了在航率。此外，腐蝕的問題除直接損失外，還會引起有毒、有害物質的跑、冒、滴、漏，造成不可估量的間接損失。

    腐蝕問題控制的好與壞直接決定裝備及其基礎設施的壽命，以往裝備的設計、研制、生產、使用、維護、報廢幾個階段，彼此之間是相互獨立，造成了腐蝕控制問題不能得到系統考慮。腐蝕防護是一項系統工程，同時是一項長期的任務，需要結合技術與管理現狀，按照全壽命周期理論，統籌規劃裝備的設計、研制、生產、使用、維修，以及再制造、再利用、再循環，制定符合國情、軍情的腐蝕控制戰略，制定裝備及基礎設施腐蝕控制的目標、方法和措施，才能有效解決裝備的腐蝕問題。

    記者：您曾將傳統的“粗放型”手工噴涂技術轉變為“智能型”高效環保的維修與再制造技術，為裝備零件搶修與再制造提供了技術支撐。該項目于2009 年獲得軍隊科技進步一等獎，并于2011 年獲得國家科技進步二等獎。請您談談您和您團隊獲得該成果的研發經歷？并給我們簡述一下該技術目前的應用狀況及產生的效益。

    魏研究員：傳統電弧噴涂技術在20世紀80 年代美國、德國等國家得到了制備，涂層質量大大提高，促進了電弧噴涂技術在工業中的廣泛應用。相對于其他涂層技術，電弧噴涂技術具有涂層質量好、工件熱變形小、作業效率高、能源利用率高、經濟效益好、操作簡單和易于現場作業等顯著優點。但同樣存在粒子飛行速度低、涂層結合強度較低、孔隙率較高、手工作業強度大、粉塵對人體及環境造成惡劣影響等缺點。

    基于此，課題組在中國表面工程和再制造工程的發起者和倡導者徐濱士院士的帶領下，歷經30 余年的不懈努力，通過集成創新研制出了基于操作機和機器人的兩臺（套）自動化智能高速電弧噴涂設備，提高了噴涂的可靠性與穩定性，改善了涂層質量；通過數值模擬和試驗，自主研制了高速電弧噴涂槍，使噴涂粒子射流速度大幅提升；研發了在線智能控制單元，實現了電弧噴涂工藝參數的在線智能閉環反饋控制。將傳統的“粗放型”手工電弧噴涂技術，發展成為“智能型”高速電弧噴涂技術。同時，先后研制了防腐、耐磨、抗高溫熱腐蝕與沖蝕的三類六種噴涂絲材，結合智能高速電弧噴涂技術應用于國家、軍隊重點任務。我們將具有“自封閉”效應的ZnAlMgRE 材料應用于艦艇、兩棲裝備的長效防腐以及海上大型浮標、浮碼頭、航天發射場等鋼結構的防腐示范工程，將防腐壽命從原3 ～ 5 年延長至15 年以上；將FeAl 基金屬間化合物復合涂層技術用于兩棲裝備發動機排煙管、電站鍋爐管道等高溫零部件的抗熱腐蝕與沖蝕治理。通過智能化高速電弧噴涂的推廣應用，創造了一定的軍事、經濟、社會和環境效益，為瀕海裝備鋼結構的防腐、延壽提供了技術支撐。

    記者：您的多項研究成果廣泛應用到兩棲裝備、海軍導彈驅逐艦、護衛艦、常規潛艇、大型浮碼頭、海上大型浮標等的腐蝕防護治理，創造了顯著的軍事效益和經濟效益。請您給我們談談這些新技術和新材料？

    魏研究員：我所工作的裝備再制造技術國防科技重點實驗室是從維修工程、表面工程發展而來，實驗室在徐濱士院士以及特聘的薛群基院士、杜善義院士的帶領下，圍繞國家、軍隊的重大需求，針對裝備的腐蝕、磨損、疲勞等失效行為，開展裝備的維修與再制造工作。再制造作為綠色制造的重要組成，是以廢舊裝備為毛坯，通過先進的表面工程技術實現裝備質量、性能的恢復和跨越式提升，是解決我國目前面臨的資源、能源短缺和環境污染問題的有效技術途徑之一，得到了國家、制造業和廣大民眾的廣泛認同。隨著再制造2010年被列為國家戰略性新興產業，2011 年寫入《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》、2015 年進入《中國制造2025》規劃，裝備維修與再制造的技術研究與產業推廣的前景將更為廣闊。

    裝備再制造的關鍵技術是表面工程技術，重點實驗室圍繞裝備腐蝕、磨損、疲勞等典型失效形式，開展了表面工程技術群的研發，其中與腐蝕防護相關的技術除智能化高速電弧噴涂技術外，主要還有：

    （1）納米顆粒復合電刷鍍防腐技術是新興的復合鍍層制備技術。其在電刷鍍鍍液中加入一種或幾種納米顆粒，使之在電刷鍍過程中電場作用下金屬離子被還原的同時與金屬發生共沉積，從而獲得具有優異性能的復合鍍層技術。納米顆粒復合電刷鍍技術具有設備簡單、操作靈活、沉積速度快、修復周期短、費用低、經濟效益大、便于攜帶、適用于海上及現場不解體修復等優點。目前已應用于艦船、飛機、車輛、機床、石化、工程機械等裝備零部件的腐蝕治理。

    （2）電熱爆炸噴涂防腐技術是利用金屬導體（絲、片、箔）瞬間通放電發生爆炸后，產生沖擊波力學效應，結合快速凝固技術形成粉體或涂層。我們先后研究得到了單一金屬導體絲、箔、帶以及點陣序列導體電熱爆炸反應形成等離子體與反應時間的演化關系、反應體系中能量積聚與釋放的關系、反應過程中噴涂粒子的飛行方向、沉積速度等反應動力學行為。聯合研發了電熱爆炸噴涂設備，可使金屬導體在10 ～ 30微秒內產生104GPa 的高壓， 同時以108 ～ 109K/s 速度急劇升溫，實現了電熱爆炸噴涂的反應條件，同時針對噴腔的結構進行了改進，使噴涂粒子由以往的發散狀改進為定向集中噴涂。目前已應用到裝甲裝備銷、軸、發動機排煙管等零部件的常溫、高溫的腐蝕防護。

    （3）離心自蔓延防腐技術是將特定比例的粉末和添加劑置于鋼管中，使其高速旋轉并引發氧化還原反應，瞬間放出大量熱，生成的熔融物質在離心力作用下按密度不同分層凝固，形成具有冶金結合的金屬陶瓷復合鋼管，其具有不溶于酸、堿、水的防腐性能，同時陶瓷材料自身的防垢效果優異，配合無內補口焊接技術，可以實現管道全內壁防腐、耐磨及抗結垢，使用壽命為新品雙相不銹鋼管的五倍。目前已應用于油田管道及裝備管路防腐治理。

    （4）納米聚合物涂料技術是將具有優異耐蝕性的金屬超細化達到微納尺度，使其表面活性提高，同時將高分子樹脂雙鍵打開，形成游離鍵，兩者雜化復合到一起形成金屬納米聚合物。金屬納米聚合物與樹脂可形成了化學鍵合和化學吸附，可切斷填料與樹脂之間的滲透通道，金屬納米聚合物粒子可以填充孔隙缺陷，阻止水、氧和其它離子的透過。此外，由于金屬納米粒子被有機物所包覆，表現出良好的抗潤濕性，形成憎水表面，使涂層兼具屏蔽效應和憎水效應，可有效發揮防腐作用。目前已應用于海南航天發射場塔架及管路的腐蝕治理。

    （5）瀕海裝備表面吸波防腐技術是利用高速電弧噴涂工藝將裝備特定部位的承載、防腐與電磁波信號特征的減縮有機結合，解決了納米粒子易于團聚的難題，同時改善了磁性材料的流動性能，制備出了適于熱噴涂的微米級噴涂材料，充分發揮納米粒子的量子尺寸效應和隧道效應，通過力學性能、防腐性能和吸波性能綜合一體化設計，制備出具有結合強度高、時效性長、可維護且低成本的納米鐵氧體吸波防腐涂層，提升了瀕海裝備的隱身防腐綜合性能。

    記者：請您談談國內外在噴涂防護技術方面有何差異？如何取長補短？

    魏研究員：噴涂防護技術作為表面工程的關鍵技術之一，具有噴涂材料廣泛、工藝操作簡單、涂層厚度可控、可賦予裝備表面特殊性能等特點，盡管在中國起步較晚，但近30 年發展非常快，得到了顯著的發展。已在船舶、電力、機車、冶金、工程機械、航空航天、石油化工、礦山機械等領域得到了廣泛應用。

    與國外相比我國噴涂防護技術仍存在一定的差距，主要表現在兩個方面：

    （1）硬件方面：在噴涂設備的先進性、穩定性差距較為明顯，盡管目前國內有一些噴涂設備制造企業，但由于加工精度、零部件耐久性等問題，設備的穩定性得不到很好的保證，限制了噴涂設備的推廣及應用。此外，高端噴涂設備仍依賴國外進口，譬如真空等離子噴涂、冷噴涂等設備，基本上仍被國外壟斷，且價格昂貴。

    （2）軟件方面：與國外相比，國內熱噴涂行業在標準、規范、操作規程等方面還需逐步完善，特種功能噴涂材料的研發與制備能力仍然較弱。噴涂從業人員的理論水平和實踐能力上也存在一定的不足，與之相配套的培訓機構尚需完善。與美國、日本等技術相對發達的國家相比，國外每年噴涂所創造的產值占國家GDP 的0.2% 以上，而我國僅為0.09%。噴涂防護技術作為維修工程、表面工程、裝備腐蝕防護，以及裝備再制造工程的關鍵技術之一，必將在國家循環經濟的建設中發揮重要的作用，具有廣闊的推廣應用前景。

    從未來發展來看，噴涂防護技術建議應重點關注以下三個方面：

    （1）噴涂技術理論體系的創新與發展：噴涂過程中的流體場、速度場、溫度場、應力場等多強場、耦合場的分析一直是噴涂技術研究所關注的重點。納米噴涂過程中納米粉體團聚、納米顆粒灼燒等難題還有待突破。涂層與基體、涂層與涂層之間表面/ 亞表面、表面/界面應力誘導相變、腐蝕性介質氧化還原的過程與機制、異質材料間嵌合界面的原子非對稱擴散與原子嵌合動力學行為機理、界面嵌態、局部鍵態的結合機理、復雜表/ 界面結構形成及演化過程中的約束機制，以及功能性涂層腐蝕、磨損、疲勞等跨尺度失效過程中表面幾何形狀、化學成分和亞表層晶體缺陷與組織結構的變化規律等基礎研究方面還需進一步深入。

    （2）新型噴涂技術與材料的研發與拓展：噴涂設備的未來趨勢更多的向智能化、高效化、人性化、環保化的方向發展，向著粒子飛行速度更高、涂層結合強度更高、涂層孔隙率更低、涂層功能性更強、作業強度更低的目標發展。噴涂材料的未來發展趨勢則向著絲粉兼具、組分可控、功能多樣等方向發展。隨著需求的日益提高，已出現氣體隧道式等離子噴涂、反應等離子噴涂、冷氣動力噴涂等新型噴涂設備，以及Zn 基、Al 基、Fe 基、Ni 基等及其多元合金的噴涂材料，這些新技術、新材料、新工藝的不斷推出有助于獲得質量性能更為優異的涂層，以滿足更為苛刻的服役工況。

    （3）噴涂與其他表面技術的交叉與融合：噴涂技術由于其自身的局限性，往往不能滿足復雜工況條件的要求。綜合運用兩種或多種表面工程技術，通過最佳協同效應獲得“1+1>2”的效果，以解決特殊的工程技術難題。復合表面工程技術的研究和應用目前已經取得了一定的進展，例如噴涂與重熔的復合、噴涂與刷鍍的復合、噴涂與激光的復合等，以獲得所需的最為適合的性能。通過復合工藝的發展將進一步拓寬噴涂技術的應用領域。

    記者：請您大致展望一下您主研領域的未來發展方向？

    魏研究員：前期我們對裝備的腐蝕與防護及其功能性涂層的研究更多的考慮的是鋼結構在腐蝕、磨損、隱身等功能性的需求，但瀕海裝備由于所處的自然環境以及作業環境，受到的是溫度場、應力場、流體場、電場、磁場等多強場以及苛刻海洋環境的耦合累積作用，未來工作需更多的多強場的影響。

    因此，我們未來的研究希望能夠盡可能的全面掌握海洋不同腐蝕區域對裝備的影響規律及作用機制，有針對性地采取面向多強場耦合影響作用的技術措施，特別是針對多強場作用與跨尺度損傷之間的映射規律、多強場作用下功能性涂層的協同作用與影響機理、涂層組織結構特征的演化機制等基礎性的研究工作。協同規劃裝備特定部位的防腐、防污、承載等性能，進行防腐- 防污-抗疲勞涂層綜合一體化設計。希望重點開展以下幾方面的工作：

    （1）多強場耦合作用下的裝備性能失效規律。研究因腐蝕、磨損、海生物、交變載荷、大應力、疲勞等因素導致鋼結構及其涂層服役中的伴隨性損傷規律，并在各自演化作用基礎上，分析耦合交互作用對鋼結構及其涂層結構完整性的破壞影響機制。

    （2）研究功能性（防腐- 防污-抗疲勞）涂層協同作用機理以及相互匹配規律。分析涂層制備過程中溫度場、應力場對結構形變的影響機理，控制涂層鍵合/ 嵌合質量與性能。結合微觀測試分析技術，研究涂層與基體、涂層與涂層表面/ 界面的性能演化規律，掌握異質材料之間控形、控性的理論與方法。

    （3）基于電、磁、生、化、力等多物理信息融合的海洋鋼結構及其涂層服役壽命預測平臺的搭建及多信息辨識與分析。解決裝備在海洋五個腐蝕區域的壽命演變、性能衰退特征的電、聲、化等多信息的微弱辨識及實時監檢測的難題，針對裝備開展腐蝕壽命預測分析，為服役過程中損傷的動態提取和壽命演變規律研究提供技術支持。

    后記：隨著現代軍事裝備迅猛發展，“迅速、便捷、智能化、信息化”便成了風向標，隨之而來的是對材料、技術的提出更高要求。腐蝕與防護對于軍事裝備是個永恒的研究課題，為了祖國的明天，為了國土安全防衛，當警鐘長鳴，開拓創新！

    人物簡介

    魏世丞，東北大學博士畢業，裝甲兵工程學院博士后，現為裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室研究員，博士生導師。兼任中國腐蝕與防護學會常務理事、中國工業防腐蝕標準化委員會委員，海洋腐蝕與防護國防科技重點實驗室、航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室學委會委員。先后承擔國家自然科學基金優秀青年基金、國家自然科學基金面上項目、國家863 項目、國家科技支撐計劃項目等國家和軍隊科研項目。先后發表論文108 篇，SCI 收錄38 篇、EI 檢索63 篇。出版專著9 部。獲授權國家（防）發明專利12 項、受理國家（防）發明專利5 項。獲國家科技進步二等獎1 項、軍隊及部委級科技進步一等獎6 項。2012 年獲中國科協“求是杰出青年實用工程獎”、國務院政府特殊津貼。