隨著我國國民經濟的快速發展，航空航天領域的發展步伐也不斷加大。飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料，是航空航天工程技術發展的決定性因素之一。是保障航空航天飛行安全與人們生命財產不受損害的先決條件。然而腐蝕是自然界中常見的一種自然現象，對航空航天材料的安全使用構成一定的影響，所以解決好航空航天材料的腐蝕問題并研究其防治對策，是航空航天行業非常重要的研究課題。為了全面的科普航天領域的發展狀況、腐蝕狀況及控制關鍵，記者特邀請到航天科技八院149 廠熱表工程工藝研究室主任鞠鵬飛高級工程師做相關方面的精彩解讀。

鞠鵬飛高級工程師

    記者：從您的履歷上看，您年紀輕輕就是高級工程師，承擔了多項國家重要研發項目，請您談談您這一路的歷程并發表一下您的感想？

    鞠高工：2013 北京化工大學畢業后，我進入航天科技八院149 廠工作， 航天八院是中國航天科技集團三大總體院之一，是唯一一家涉及運載火箭、衛星、神州飛船、空間站、空間飛行器以及武器裝備的總體院。而我所在的單位149 廠是八院的總裝單位，也是八院熱表處理技術中心掛靠單位，熱表中心承擔了航天八院絕大部分型號零部件的熱處理、表面處理工藝研發與生產。

    宇航型號以及武器裝備表面處理工藝主要涉及到：腐蝕與防護、固體潤滑、熱控涂層以及光學薄膜四大方面。這四個方面跨度還是比較大，涉及到材料、腐蝕、摩擦磨損、光學等不同的專業方向，涵蓋電鍍、化學鍍、化學氧化、陽極氧化、微弧氧化、離子鍍、磁控濺射、離子注入、熱噴涂、涂料與涂裝等工藝技術。我工作后花了大量時間與精力去研究不同型號對材料表面防護的要求， 上述技術的國內外研究及產業應用現狀以及零件表面處理生產過程的細節管控。在不到一年的時間里，開發了鎂合金熱控微弧氧化技術、鈦合金消光陽極化技術、大型鎂及鎂鋰合金結構件導電防護技術等6 項技術，并應用至型號生產，為企業每年節約了大量的外協費用。

    2014 年，我擔任熱表工程工藝研究室主任，企業表面工程技術帶頭人， 具體負責航天八院表面工程領域課題工作、解決型號研制過程中的表面工程難題、引進或開發新的表面處理工藝并實現型號應用、制定航天八院表面工程技術發展規劃等。

    課題研究與技術成果應用是兩種不同的思路，課題研究需要走在型號研制前面，根據型號發展方向，剖析其中對材料表面防護的新要求，然后跟蹤國內外技術發展動態，通過技術創新，針對某個科學問題進行深入研究，闡述材料本質與其性能關系，或者是針對某項技術瓶頸，開發出能夠滿足性能需求的技術。而技術成果轉移應用，則需要大量的重復實驗與測試驗證，從試片到典型零件，再到批量化零件試生產，最后參加整機實驗。一方面是驗證技術的適用性與可操作性，另一方面通過大量的試生產，暴露出技術本身存在的潛在風險， 出現一例不合格試樣都必須分析原因， 問題復現，然后找到解決措施。如果忽略試生產過程中的某一個問題，那必將在型號產品研制生產過程中暴露出來， 進而輕則耽誤型號研制進度，重則造成型號發射任務失敗。此外，技術成果轉移應用需要從前處理開始每一個步驟都量化控制，技術參數一旦固化，則不能輕易變更。

    總得來說，航天型號表面工程技術研究是技術創新、成果轉化以及工藝基礎并行的工作，要做到跟蹤技術動態、做深技術研究、做實技術數據。

    記者：您的主研方向是宇航以及戰術武器型號金屬材料表面工程技術研究，請分享一下您科研工作的這些年中印象深刻的典型案例？

    鞠高工：中國航天科技集團公司的作風是“嚴、慎、細、實”。這四個字充分凝練了航天型號產品研制的特點和要求。 2015 年，我參與八院研制某系列衛星型號的核心部件，由于時間非常緊迫，我們需要在短期內完成技術調研、開發、測試、試生產、型號環境實驗、技術鑒定、型號生產等一系列的工作。當時我們整個研發隊伍的工作計劃是以天計，每一個實驗計劃都經過了充分的文獻調研與論證，在短期的時間內完成了有效的實驗與測試，針對實驗的數據， 團隊也同樣通過已有的文獻資料進行分析，再設計后續實驗計劃，基本上完全做到了有章可依、有理可據。同時，團隊的每一次交流討論，都會形成待辦事項，在后續工作中逐條落實，為了保證研發進度，保障型號順利交付，團隊基本上都犧牲了周末、節假日，甚至連通宵測試都成為了常態。當時的型號總師對我們的產品也提出了很多質疑，認為我們在短期內突破大量的關鍵技術，產品樣本量不夠，數據不夠充分詳實，可靠性很難保證。針對型號總師的疑問， 我們用理論支持、數據說話，都一一進行了回答。在半年之內我們完成了接近一千個試片測試，上百個產品試生產，    最終，我們順利完成了產品的研制，并且順利交付。

    宇航產品由于其唯一性、不可維護性，對其質量可靠性要求非常高。產品不能出現任何一絲的缺陷，因此每一項關鍵技術、每一臺產品都需要通過大量的驗證測試來確保其質量可靠性。

    記者：目前航天領域材料的腐蝕狀況及控制現狀如何？您認為航天領域的材料腐蝕控制的關鍵是什么？

    鞠高工：航天領域的腐蝕控制現狀需要從三個方面來談：

    首先是宇航型號，包括運載火箭、載人飛船、衛星、空間站以及空間飛行器等。宇航型號大量使用了鋁合金跟鎂合金，大多采用陽極氧化、化學氧化、化學鍍鎳幾種工藝實現防腐。一般認為， 宇航產品對腐蝕控制不是十分嚴格，周期比較短，只要能滿足從研制到發射過程中不腐蝕就可以。其實不然，宇航產品任務成敗的關鍵控制因素之一是“多余物”，細小的多余物都可能造成整個宇航型號報廢。比如：運載火箭的導管清洗，需要保證長數米、直徑幾毫米的導管內沒有一絲腐蝕斑，一旦導管內出現腐蝕產物都可能造成運載火箭發射失敗；再比如，衛星型號電子單機用的鎂合金材料防腐處理一般是化學鍍鎳，需要保證其經過鹽霧試驗后，耐蝕等級達到十級，一個腐蝕斑點都會造成整個單機報廢，從而影響整顆衛星的功能。而且， 宇航型號的防腐一般都不會使用有機涂層，有機涂層在太空中存在真空放氣、老化脫落等一系列的問題。針對目前的宇航型號的腐蝕控制，大多采用嚴格的地面環境實驗以確保整機產品不會發生腐蝕。但是，隨著后續文昌發射場的投入使用，宇航型號需要通過海運到達基地，然后在基地經歷一段時間的總裝總測，文昌基地的大氣環境將對后續宇航型號的腐蝕控制技術提出更高的要求。

    再就是武器裝備，航天八院的武器型號需要在嚴寒、沙漠、海洋等不同的環境下服役。武器型號的腐蝕控制涉及到結構設計、選材、表面涂覆等方面。材料表面涂層主要包括：金屬鍍層、陽極氧化以及涂料與涂裝，其中涂裝是武器型號最重要的防護手段。隨著我國海洋戰略工程的推進與實施，對于武器裝備的服役壽命也提出了更高的要求。目前評價材料耐蝕性能的標準不能兼顧多因素的影響，歐洲的501 標準雖然包括了鹽霧、濕熱、紫外、冷凝等因素，但是也無法適用于高寒、高濕熱、高鹽霧等不同極端環境。因此，根據不同服役環境設計出有針對性的環境加速譜是保障武器型號腐蝕控制的必要手段。此外， 目前國內研發的新型的防護涂層種類很多，在兼顧性能、質量可靠性、過程管理以及成本的基礎上，如何通過技術適應性研究，形成新的材料防護體系，也是武器裝備控制腐蝕的關鍵。

    最后，航天型號還有一類特殊的材料失效形式-- 來自空間環境的“腐蝕”。衛星、空間站等型號在空間環境服役時， 其外露熱控涂層以及太陽翼電池片需要經受大量的空間粒子轟擊，從而造成性能下降，其中原子氧與紫外對材料的損傷最大。目前航天型號的外露表面涂層都需要通過GJB2502 的空間環境實驗， 確保其在輻照劑量內各項性能指標均滿足設計需求，方可在型號上使用。

    不管是哪一類型號產品，其腐蝕控制的關鍵在于驗證方法以及基礎數據。通過可靠的驗證方法測試目前各種防護涂層的耐蝕性能，形成材料、表面防護層、服役環境的數據庫，通過數據庫去指導型號設計，才能有效控制航天材料的腐蝕問題。

    記者：請您談談您研究的領域未來的發展方向？

    鞠高工：表面工程技術是航天制造技術中的核心技術之一，最近兩年我負責了航天八院、國防科工委等多個渠道的十三五發展規劃中表面工程領域的編制或者合稿。隨著航天型號產品的發展， 對航天材料表面防護提出了更高、更嚴苛的需求。而由于航天型號功能的特殊性，往往要求材料在滿足耐蝕的同時， 具備導電、耐磨、透波、熱控、防熱等不同的功能。

    空間站、火星探測等重大型號的研制需要材料能夠經受復雜空間環境的“腐蝕”。柔性太陽翼基板非常容易因原子氧的侵蝕造成整塊太陽翼電池帆板失效，而空間站、衛星等宇航型號需要長期在軌可靠服役，這就需要既不影響發電效率，又能夠100% 抵抗住原子氧長期侵蝕的防護性膜層。宇航型號的對日定向系統的驅動機構在需要經受上萬轉的高溫電氣磨損，火星探測、月面巡視器等型號需要在極端氣溫、星際塵暴等惡劣環境下可靠運行。由于宇航產品的不可維護性，這就需要航天材料的熱控、潤滑等表面防護涂層做到100% 可靠。此外，輕量化是宇航型號的要求也是趨勢之一，鋁合金作為輕質合金材料已經很慢滿足宇航型號的減重需求，鎂鋁合金、耐熱鎂合金、鎂鋰合金以及復合材料已經開始應用在宇航型號上，針對上述新材料的防護技術也是十三五期間發展的重點之一。

    武器裝備的表面工程主要集中在防腐、耐熱、隱身以及再制造方面。隨著海洋工程的推進，武器型號在南海等惡劣海洋氣候環境下可靠服役的需求也日益迫切，鋅鎳合金、氟碳涂層、非晶涂層、CrN 等涂鍍層將越來越多地應用至武器型號。此外，產品環境適應性工程以及再制造工程是武器型號材料防護的重要方向。近年來，因為環境腐蝕問題，造成武器裝備性能嚴重下降甚至在短期內便失效的案例時有發生。澳大利亞科研部門今年就對我國在南海武器型號的長期可靠服役提出了質疑。因此，針對不同環境、不同工況的特點，進行可靠的環境實驗，并提出可行的解決方案，最終形成相應的設計手冊或指南，是保障未來武器型號“管用、能用、好用、實用” 的關鍵。

    后記：建國以來，我國航天工業取得了令人矚目的的成就，但也存在諸多不足和危機：部分關鍵材料的性能和質量尚不穩定、低端產品牌號較雜、高端產品缺乏且沒有實現通用化、系列化、標準化等等， 需要科研工作者們繼續努力，為我國航天工業的可持續性發展提供扎實的材料基礎。

    人物簡介

    鞠鵬飛，工學博士，高級工程師，碩士研究生導師，1987年9月生于江蘇，工學博士，現任航天科技八院149廠熱表工程工藝研究室主任、中國腐蝕與防護學會理事、中國機械工程學會表面工程分會委員。2008年獲得北京化工大學材料科學與工程專業學士學位，2013年6月獲得北京化工大學材料科學與工程專業博士學位。2015年12月入選上海市青年科技啟明星計劃。承擔國家自然科學基金、國防基礎科研、國防技術基礎、上海市科委等課題11項，發表論文20余篇，申請發明專利6項，編制航天行業標準（QJ部標）2項。

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責任編輯：王元

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