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北京“最美科技工作者”鄭天亮：大展宏“涂”，護航大國重器

2022-09-16 13:29:06 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

6月5日，神舟十四號載人飛船成功發射，標志著中國空間站建造階段首次載人飛行發射任務取得圓滿成功。而神舟十四號飛船生命保障系統的關鍵部件，繼續沿用了北京航空航天大學材料學院應用化學系原主任、教授鄭天亮的涂層方案和工藝。這一方案曾臨危受命，安全護航“天宮一號”任務，并在載人航天領域沿用至今。

鄭天亮長期從事特種功能材料、腐蝕防護研究，是我國著名的功能材料、腐蝕防護專家。從祖國最南端的島礁燈塔，到翱翔浩瀚宇宙的航天器，再到高架橋梁的高鐵無砟軌道、深入地下的國防人防工程，都大量應用了他研發的特種涂料。在北京市委宣傳部、市科協等部門組織開展的北京“最美科技工作者”遴選中，鄭天亮當選為2022年北京“最美科技工作者”。

鄭天亮在檢查“天宮一號”關鍵部件涂層系統

一根麻花啟發破解技術難題

受做科學管理工作的母親影響，“科學”二字很早就在鄭天亮的內心扎根。這位愛動手、愛鉆研的小男孩，總是成為家里的“維修工”——家里的自行車壞了、門鎖打不開了，年少的鄭天亮總能想辦法修好。自制的半導體收音機，從電路設計到畫圖、腐蝕、焊接、調制，他都能獨立完成。

對身邊的物件，他總是充滿了好奇。那時孩子們常收集廢棄的煙盒，鄭天亮則觀察得更加細致，對不同煙盒內包裹的“錫箔紙”起了興趣，不同品牌的煙盒里，“錫箔紙”的薄厚、硬度、可塑性都有著明顯差異。“錫箔紙”真的是錫做的嗎？不同的手感是不是意味著其成分不同？

鄭天亮就讀于北京四中時，學校里有個約定俗成的“規矩”，如果學生有感興趣的科學問題，可以向老師提交一份實驗申請，寫清要做什么、怎么做。老師認可后，便可以免費使用學校實驗室的儀器設備和材料進行科學實驗。

作為“好奇小子”，他當然不會放過自己的疑問，立刻提交了申請，通過兩性氫氧化物的判定辦法，確定收集到的煙盒“錫箔”其實是鋁箔?；瘜W老師在課前用1分鐘的點評肯定了他的“探索”結論，同時提醒，不排除很久以前人們曾用過錫箔。“我特別感謝四中的素質教育和自學能力培養，這其實是一種科技創新的教育，對學生來說，科學的啟蒙非常重要。”

鄭天亮的科研之路，每一步都走得很扎實。而他的第一個科技成果，生長于東北的“黑土地”。

黑龍江作為農業大省，農耕拖拉機使用很普遍。但拖拉機經常因故障“趴窩”，當時因技術所限，沒有實時的檢測設備，維修、排除故障十分費時費力，嚴重影響了生產效率。如果能做出一臺綜合測試儀，將拉力、流量等數據轉化為電信號，便能對拖拉機等農業機械進行快速有效的檢測。

拖拉機電子測控儀的研制任務落在了黑龍江，就讀于物理專業的大三學生鄭天亮，獨立承擔了燃油流量動態檢測的任務。他廢寢忘食鉆研了幾個月，終于畫出了圖紙，設計出微型渦輪流量計的傳感器和二次儀表電路，并用馬口鐵片和強力膠粘出了渦輪流量傳感器模型。模擬試驗證實，信號可以正常顯示，說明技術思路可行。但高精度加工難住了他，拿著圖紙到專業儀表廠求援卻四處碰壁，工廠工程師表示，除非請到八級鉗工在顯微放大下手工制出模具，再去澆鑄沖壓，僅靠機械加工絕不可能。突破無望，老師們也覺得恐怕得放棄，急得鄭天亮嘴角都起了泡。

一次，一起打球的球友看他情緒不佳，第二天便為他帶回了早飯——一根麻花，來安慰他。“看到麻花螺旋結構，我當時腦海中靈光一現。”苦思冥想多日的困惑，在看到麻花的瞬間受到啟發，正螺旋曲面的微積分理論可以變通用在零件制造上，只需幾步操作，就能在機床上加工出想要的零件。

他哈哈一笑，吃掉了麻花，轉身便到系辦工廠，在老主任的指點下，親手操作車床、萬能銑床，在顯微放大下，終于做出了直徑2.1毫米的正螺旋曲面渦輪，整個難題迎刃而解。

電磁學、機械加工、材料科學、電子控制等涉及多個專業的知識，都凝聚在這臺拖拉機電子測控儀的微型渦輪流量計中。最終的成品甚至不需要油路管道的脈動流量驅動，只需吹上一口氣，流量計傳感器中的渦輪就輕快地轉了起來，頻率計顯示著轉速。

棘手的難題，就這樣被一名大三學生破解了。“這是我的第一個成果，是我親身跨越不同學科做出的重要貢獻。我這輩子能走上科學技術研究的道路，這個項目可以說是奠定了基礎。”鄭天亮說。

一項發明火遍半個中國

研究生期間，鄭天亮跟隨導師作防腐涂層論文的同時，開始接觸特種功能材料的研究。這是典型的交叉學科領域，幾乎每項新的研究，都必須積累相關領域的基礎科學知識。例如用于船艇的減阻涂料，需要科研人員精通流體力學、高分子材料、涂料科學等多領域知識，“減阻的一個重要問題是研究層流、紊流的轉捩點，如果沒有流體力學的知識，科研是沒辦法深入的。再比如雷達波隱身材料的研究，必須從電磁波傳輸方程和數學建模起步。”

從基礎理論到應用科學，再到工程應用，最終做出工業產品，鄭天亮踏踏實實地推進著功能材料的“產學研一條龍”。早在1984年舉辦的中國首屆科技成果交易會上，僅是中國鐵道科學研究院在讀研究生的鄭天亮，就憑借轉讓的功能材料技術成功“救活”了兩家企業。

如果機械設備上出現銹死的螺栓，工人就無法輕松開展維修，必須鑿、鋸甚至用氣焊燒。鄭天亮的導師帶領一位負責紅外分析的工程師研究了兩年，成分分析紅外光譜做了很多次，最終產品的效果卻總是比不上國外的同類產品。

鄭天亮提出，不宜過度依賴光譜分析模仿，開發產品必須抓住主要矛盾，從機理出發，建議更改配方。更新配方的松銹液拿到一臺清代的老式蒸汽機車上進行試驗，馬上見效——對準銹死的螺母一噴，幾十秒鐘就能擰開，現場的老工人都不由得鼓起了掌。

在交易會上，鐵科院這項技術轉讓給了兩家困難企業。老區廠長將松銹液改名為螺栓松動劑，一經上市，立刻火遍半個中國，兩家企業也迅速“起死回生”，在上世紀80年代，老區工廠新產品車間10個人投資幾萬元，一年的產值利潤就相當于同廠400名員工在投資400萬元碳銨化肥設備所產出的產值利潤。

“那時候普遍缺電，變電站每個維修人員的側兜里都裝著一瓶螺栓松動劑，大大提高了效率，這句話一點都不夸張。”談到這項發明，鄭天亮的語氣里滿是自豪，這項發明的產品價格并不貴，但附加價值極高。當時，這項技術應用最多的領域是電力系統，讓維修不再需要長時間拉閘限電。在維修時爭取到的每一分鐘，都意味著挽回大量損失，電廠、企業、百姓都因此受益。直到現在，這個產品依然被工程一線人員使用。

一個個技術創新、技術突破的成功實現，讓鄭天亮越來越有底氣和自信，敢于堅持真理。1990年，他前往美國做訪問學者期間，接觸到了一個汽車工業鍍鋅材料項目，圍繞鍍鋅鋼板電清洗、電酸洗與電鍍自動化生產線的滲氫和氫鼓泡的難題，美方科學家已經攻關了9個月。但鄭天亮甫一接觸就發現了問題，“他們的關注點始終是溫度、pH值等工藝問題，是隔靴搔癢，沒有抓到實質。”

剛到美國第二周，一次例會上，鄭天亮提出了自己的全新方案計劃，卻直接遭到時任美國腐蝕工程師協會主席的反對。鄭天亮并沒有因為對方的身份而退縮，堅持己見，兩人展開了激烈辯論。第二天，鄭天亮的辦公桌上多了兩篇論文，該主席的博士生留下一張留言紙條：“我找到了兩篇論文支持你的觀點”。隨后鄭天亮電話問詢，該博士生中肯地表示“You are right（你是對的）”“Someone was wrong（有人錯了）。”

隨后，美國教授為他辦理了簽證延長手續，鄭天亮隨即將想法落地，自己動手做出了信號發生器和恒電流源實驗裝置，徹底解決了滲氫難題，“對美國的同行，我向來都是平視的。”

一套方案確保神舟飛船長壽

1961年，蘇聯宇航員尤里·加加林乘坐“東方1號”宇宙飛船環球飛行成功，實現了世界上首次載人宇宙飛行。當時，鄭天亮還是一名六年級的小學生，在作文中他鄭重地寫下，“長大以后，我要像加加林一樣駕駛宇宙飛船遨游太空”。

遺憾的是，在初中畢業前報考飛行員的體檢中，鄭天亮因鼻中隔偏曲被淘汰。不過航空航天事業并沒有因此向他關閉大門，在載人航天工程中，他兒時的夢，變換了一種方式得以實現。

2011年初，中國載人航天工程網站對外發出公告，我國第一個空間實驗艙“天宮一號”將要在當年的夏秋發射。發射窗口期確定后，國內外都對此高度關注。

“2011年2月28日，這一天我終生難忘。”鄭天亮說，就在這一天，“天宮一號”生命保障系統的關鍵部件地面試驗再次發生嚴重漏壓。

為了保證運行安全，航天器的每一個零件、每一處工藝都必須能經受復雜的太空環境考驗，必須保證“長壽命”運行。“天宮一號”計劃在軌道上的工作運行時間為2年，但地面試驗中，生命保障系統的關鍵部件僅能維持運行4個月，與設計壽命的差距過大。如果在軌發生故障，航天員的生命將受到嚴重威脅。

經過各方專家的“會診”，找到了問題的根源——晶間腐蝕。但相關部門有針對性地開展了兩輪解決方案試驗，均告失敗，余下的時間愈發緊張，必須在短時間內解決這一問題。此時，他們了解到鄭天亮擁有一種達到美國軍用飛機標準的涂料技術，希望他能一試。

在第三輪不同方案樣件試驗的競比中，鄭天亮的方案樣件，在與十余個方案的競爭中脫穎而出。

方案勝出后，又進入了正式樣機之戰。鄭天亮與其他兩家機構展開了樣機試驗的比拼，在CASS機銅加速乙酸鹽霧的惡劣腐蝕環境中，樣機要至少經受4天不漏壓才算合格。試驗開始后，第二天便有一臺樣機因漏壓而“出局”；第三天，又一臺樣機被淘汰，最終只有鄭天亮的樣機通過了考驗。鄭天亮的方案和工藝被選中。

但這還只是第一步。“從科技攻關到工程應用，中間還有很長的路要走。涂裝行業有句俗話叫‘三分料、七分工’，最終涂料能否發揮最大的作用，涂裝工藝的影響要占到一半以上。”鄭天亮回憶，宣布方案評審結果的第二天，他就到達工廠，設計加工流程，改造加工設備，試驗確定最佳工藝參數，一去就是十幾天，“每天幾乎都是在高度興奮中度過”。工廠里的技術人員也逐漸和鄭天亮熟絡起來，親切地稱他為“長壽命專家”。

最終，按照鄭天亮的方案工藝成功生產出經過CASS機惡劣腐蝕環境試驗8天不壞的樣機產品，保障“天宮一號”如期發射并交會對接成功，并且在軌“超期服役”，直到2018年4月2日再入大氣層。

經過評價試驗，這一涂層方案和涂裝工藝繼續應用在多個載人航天任務航天器關鍵部件上，包括剛剛成功發射的神舟十四號載人飛船。鄭天亮少年時的航天夢終于成為現實，他成功解決了天宮、神舟飛船關鍵部件長壽命技術難題，并擔任中國空間站長壽命與在軌維修獨立評估組專家，為中國空間站技術把關。

“一條龍”科研理念大顯身手

南中國海上，一座座被譽為“海上平安燈”的燈塔默默矗立。它們或通體雪白，或紅白相間，在夜間，一束束溫暖的燈光為來往船只指引著方向。

在南沙島礁周邊海域，高溫、高鹽、高濕、暴曬的腐蝕環境，以及時常“光臨”的臺風、巨浪，都考驗著燈塔本身的壽命。面對惡劣的自然條件，鋼筋混凝土工程要想平安服役50年都有相當大的難度，鄭天亮卻放出豪言，高耐候彈性防護涂層系統要保障我國南海島礁燈塔成為“百年工程”。

他制定了詳細的涂裝工藝文件，并親自培訓上島人員。2016年春節，團隊踏上島礁，但在噴涂施工的第一天就被迫停工——7號燈塔噴涂聚脲層時，涂層出現了排球般大的鼓泡。

這是熱帶海洋環境給團隊的一個“下馬威”。告急電話打給了鄭天亮，他通過對現場環境、操作細節和設備原理的分析做出判斷：此地環境濕熱，燈塔表面肉眼不可見的水膜和設備中存在的水蒸氣，在遇到高溫聚脲材料時被包裹、膨脹，于是出現了鼓泡現象。調整開工時間和設備操作程序后，問題迎刃而解，施工順利進行。

時間是最客觀的見證者。六年多的時間已過，5號、7號燈塔涂層風光依舊，表現優異，而使用了某外企知名品牌氟碳涂料的三座燈塔涂層，還不到三年就分別出現了開裂、剝落、變色。

“世界高科技的對決，特種功能材料扮演了十分重要的角色。”鄭天亮說，小小的涂層，往往能發揮巨大的作用。如果船舶沒有防污涂料，海洋生物將不斷附著在船舷上，使其寸步難行；光伏電池上加裝一層薄薄的防反射膜，便能減少其表面玻璃反光導致的能源損失，“雖然效率提升僅有百分之幾，但你可別小瞧它，日積月累下來，是個很大的數字。”

特種功能材料的應用范圍極其廣泛，多年來，鄭天亮在航天低密度燒蝕涂層、吸波隱身材料仿真與優化設計系統、船艇減阻涂料、建筑防氡涂料、反射隔熱節能涂料等領域，都取得了重大科研成果。

其實，鄭天亮開展的科研項目，絕大多數都來自各行各業的“求援”，他的判斷標準也十分簡單，“只要對國家建設有利、對社會發展有益的，就要去做。”

雖已退休十余年，鄭天亮卻從未離開科研一線，2021年大病手術后，他仍繼續投身重點科研項目。他帶領團隊研發出的聚氨酯脲新材料，具備優異的耐沖擊磨蝕與空蝕性能，目前正在三峽大壩泄洪深孔620平方米試驗段施工。為了保障工程順利進行，鄭天亮經常和一線工程人員電話討論到凌晨。

“作為科技工作者，能夠解決國家重要工程中的實際問題，每次都有一種成就感。”在當選2022年北京“最美科技工作者”后，鄭天亮感慨道，作為科研人員，最重要的是要有家國情懷，將科研作為畢生的事業，做出“真東西”，從科技攻關到工程應用“一條龍”走到底。“我非常珍惜我現在依然還能夠站在科技的最前沿，為國效力。”

回顧鄭天亮的科研歷程，他所研發的特種功能材料，已廣泛應用在彈道導彈、神舟飛船、中國空間站、南沙島礁、三峽大壩、高鐵無砟軌道等大國重器工程和國防經濟建設之中。如今，這位與共和國同齡的科技工作者帶著他的團隊，仍奮斗在科技創新前沿，在他的科技人生樂章里至今沒有休止符。

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