古今中外，軍事家無不把發(fā)展軍事裝備作為一項重要的軍事政策。軍事裝備是構(gòu)成軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，發(fā)展軍事裝備是提高軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要途徑，軍事裝備的現(xiàn)代化已成為世界各國軍隊現(xiàn)代化和國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。然而，腐蝕是裝備的克星，直接影響裝備的安全運(yùn)行與使用壽命，研究軍事裝備的腐蝕特點(diǎn)及尋找防腐蝕對策，是科技領(lǐng)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(xiàn)狀，對比國內(nèi)外防控措施，探尋關(guān)鍵的防腐新材料、新技術(shù)，記者特邀請到裝甲兵工程學(xué)院魏世丞研究員做相關(guān)方面的精彩解讀。

    魏世丞，全軍“學(xué)科拔尖人才”培養(yǎng)對象、裝甲兵工程學(xué)院博士后，現(xiàn)為裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，博士生導(dǎo)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(lǐng)域頗有造詣。

魏世丞研究員

    記者：軍事裝備的發(fā)展，于國于民意義重大，然而腐蝕問題一直是困擾裝備發(fā)展主要問題之一，請您大致談?wù)勀壳拔臆娧b備腐蝕狀況如何？腐蝕與防護(hù)研究工作在我軍裝備發(fā)展中的意義和重要性。

    魏研究員：現(xiàn)代軍事裝備日趨復(fù)雜，由于腐蝕引起的維修問題越來越突出，導(dǎo)致維修費(fèi)用在裝備全壽命周期系統(tǒng)中所占比例越來越大，尤其是我陸、海、空、火箭軍、戰(zhàn)略支援部隊等裝備面對高溫、高濕、高鹽霧的苛刻環(huán)境，因腐蝕、污損、磨損、疲勞導(dǎo)致裝備失效，增加了計劃外維修任務(wù)，嚴(yán)重影響了裝備的戰(zhàn)技性能。

    當(dāng)前，“瀕海作戰(zhàn)”的概念由美海軍提出“今天的戰(zhàn)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(zhàn)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(zhàn)由紙面躍上海面，其作為新型聯(lián)合作戰(zhàn)樣式，涵蓋了信息化戰(zhàn)場陸、海、空、天、網(wǎng)、電磁空間等范疇。由于海洋性氣候的影響，導(dǎo)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(jī)械零件磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致射擊精度下降；雷達(dá)、光學(xué)儀器、保障車輛等通用裝備的腐蝕狀況也是十分嚴(yán)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(dǎo)致艦體腐蝕嚴(yán)重、機(jī)動性能下降，每年需幾次涂裝進(jìn)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(zhì)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(chǔ)設(shè)施的壽命，以往裝備的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、使用、維護(hù)、報廢幾個階段，彼此之間是相互獨(dú)立，造成了腐蝕控制問題不能得到系統(tǒng)考慮。腐蝕防護(hù)是一項系統(tǒng)工程，同時是一項長期的任務(wù)，需要結(jié)合技術(shù)與管理現(xiàn)狀，按照全壽命周期理論，統(tǒng)籌規(guī)劃裝備的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、使用、維修，以及再制造、再利用、再循環(huán)，制定符合國情、軍情的腐蝕控制戰(zhàn)略，制定裝備及基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕控制的目標(biāo)、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(tǒng)的“粗放型”手工噴涂技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;智能型”高效環(huán)保的維修與再制造技術(shù)，為裝備零件搶修與再制造提供了技術(shù)支撐。該項目于2009 年獲得軍隊科技進(jìn)步一等獎，并于2011 年獲得國家科技進(jìn)步二等獎。請您談?wù)勀湍鷪F(tuán)隊獲得該成果的研發(fā)經(jīng)歷？并給我們簡述一下該技術(shù)目前的應(yīng)用狀況及產(chǎn)生的效益。

    魏研究員：傳統(tǒng)電弧噴涂技術(shù)在20世紀(jì)80 年代美國、德國等國家得到了制備，涂層質(zhì)量大大提高，促進(jìn)了電弧噴涂技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。相對于其他涂層技術(shù)，電弧噴涂技術(shù)具有涂層質(zhì)量好、工件熱變形小、作業(yè)效率高、能源利用率高、經(jīng)濟(jì)效益好、操作簡單和易于現(xiàn)場作業(yè)等顯著優(yōu)點(diǎn)。但同樣存在粒子飛行速度低、涂層結(jié)合強(qiáng)度較低、孔隙率較高、手工作業(yè)強(qiáng)度大、粉塵對人體及環(huán)境造成惡劣影響等缺點(diǎn)。

    基于此，課題組在中國表面工程和再制造工程的發(fā)起者和倡導(dǎo)者徐濱士院士的帶領(lǐng)下，歷經(jīng)30 余年的不懈努力，通過集成創(chuàng)新研制出了基于操作機(jī)和機(jī)器人的兩臺（套）自動化智能高速電弧噴涂設(shè)備，提高了噴涂的可靠性與穩(wěn)定性，改善了涂層質(zhì)量；通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)，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(fā)了在線智能控制單元，實(shí)現(xiàn)了電弧噴涂工藝參數(shù)的在線智能閉環(huán)反饋控制。將傳統(tǒng)的“粗放型”手工電弧噴涂技術(shù)，發(fā)展成為“智能型”高速電弧噴涂技術(shù)。同時，先后研制了防腐、耐磨、抗高溫?zé)岣g與沖蝕的三類六種噴涂絲材，結(jié)合智能高速電弧噴涂技術(shù)應(yīng)用于國家、軍隊重點(diǎn)任務(wù)。我們將具有“自封閉”效應(yīng)的ZnAlMgRE 材料應(yīng)用于艦艇、兩棲裝備的長效防腐以及海上大型浮標(biāo)、浮碼頭、航天發(fā)射場等鋼結(jié)構(gòu)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(fù)合涂層技術(shù)用于兩棲裝備發(fā)動機(jī)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(yīng)用，創(chuàng)造了一定的軍事、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，為瀕海裝備鋼結(jié)構(gòu)的防腐、延壽提供了技術(shù)支撐。

    記者：您的多項研究成果廣泛應(yīng)用到兩棲裝備、海軍導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦、常規(guī)潛艇、大型浮碼頭、海上大型浮標(biāo)等的腐蝕防護(hù)治理，創(chuàng)造了顯著的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。請您給我們談?wù)勥@些新技術(shù)和新材料？

    魏研究員：我所工作的裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是從維修工程、表面工程發(fā)展而來，實(shí)驗(yàn)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(lǐng)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(jìn)的表面工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備質(zhì)量、性能的恢復(fù)和跨越式提升，是解決我國目前面臨的資源、能源短缺和環(huán)境污染問題的有效技術(shù)途徑之一，得到了國家、制造業(yè)和廣大民眾的廣泛認(rèn)同。隨著再制造2010年被列為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，2011 年寫入《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、2015 年進(jìn)入《中國制造2025》規(guī)劃，裝備維修與再制造的技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)推廣的前景將更為廣闊。

    裝備再制造的關(guān)鍵技術(shù)是表面工程技術(shù)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shù)群的研發(fā)，其中與腐蝕防護(hù)相關(guān)的技術(shù)除智能化高速電弧噴涂技術(shù)外，主要還有：

    （1）納米顆粒復(fù)合電刷鍍防腐技術(shù)是新興的復(fù)合鍍層制備技術(shù)。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(fā)生共沉積，從而獲得具有優(yōu)異性能的復(fù)合鍍層技術(shù)。納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作靈活、沉積速度快、修復(fù)周期短、費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益大、便于攜帶、適用于海上及現(xiàn)場不解體修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。目前已應(yīng)用于艦船、飛機(jī)、車輛、機(jī)床、石化、工程機(jī)械等裝備零部件的腐蝕治理。

    （2）電熱爆炸噴涂防腐技術(shù)是利用金屬導(dǎo)體（絲、片、箔）瞬間通放電發(fā)生爆炸后，產(chǎn)生沖擊波力學(xué)效應(yīng)，結(jié)合快速凝固技術(shù)形成粉體或涂層。我們先后研究得到了單一金屬導(dǎo)體絲、箔、帶以及點(diǎn)陣序列導(dǎo)體電熱爆炸反應(yīng)形成等離子體與反應(yīng)時間的演化關(guān)系、反應(yīng)體系中能量積聚與釋放的關(guān)系、反應(yīng)過程中噴涂粒子的飛行方向、沉積速度等反應(yīng)動力學(xué)行為。聯(lián)合研發(fā)了電熱爆炸噴涂設(shè)備，可使金屬導(dǎo)體在10 ～ 30微秒內(nèi)產(chǎn)生104GPa 的高壓， 同時以108 ～ 109K/s 速度急劇升溫，實(shí)現(xiàn)了電熱爆炸噴涂的反應(yīng)條件，同時針對噴腔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使噴涂粒子由以往的發(fā)散狀改進(jìn)為定向集中噴涂。目前已應(yīng)用到裝甲裝備銷、軸、發(fā)動機(jī)排煙管等零部件的常溫、高溫的腐蝕防護(hù)。

    （3）離心自蔓延防腐技術(shù)是將特定比例的粉末和添加劑置于鋼管中，使其高速旋轉(zhuǎn)并引發(fā)氧化還原反應(yīng)，瞬間放出大量熱，生成的熔融物質(zhì)在離心力作用下按密度不同分層凝固，形成具有冶金結(jié)合的金屬陶瓷復(fù)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(yōu)異，配合無內(nèi)補(bǔ)口焊接技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)管道全內(nèi)壁防腐、耐磨及抗結(jié)垢，使用壽命為新品雙相不銹鋼管的五倍。目前已應(yīng)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(shù)是將具有優(yōu)異耐蝕性的金屬超細(xì)化達(dá)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(fù)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(xué)鍵合和化學(xué)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(jī)物所包覆，表現(xiàn)出良好的抗?jié)櫇裥裕纬稍魉砻妫雇繉蛹婢咂帘涡?yīng)和憎水效應(yīng)，可有效發(fā)揮防腐作用。目前已應(yīng)用于海南航天發(fā)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(shù)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(jī)結(jié)合，解決了納米粒子易于團(tuán)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(fā)揮納米粒子的量子尺寸效應(yīng)和隧道效應(yīng)，通過力學(xué)性能、防腐性能和吸波性能綜合一體化設(shè)計，制備出具有結(jié)合強(qiáng)度高、時效性長、可維護(hù)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?wù)剣鴥?nèi)外在噴涂防護(hù)技術(shù)方面有何差異？如何取長補(bǔ)短？

    魏研究員：噴涂防護(hù)技術(shù)作為表面工程的關(guān)鍵技術(shù)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(diǎn)，盡管在中國起步較晚，但近30 年發(fā)展非常快，得到了顯著的發(fā)展。已在船舶、電力、機(jī)車、冶金、工程機(jī)械、航空航天、石油化工、礦山機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

    與國外相比我國噴涂防護(hù)技術(shù)仍存在一定的差距，主要表現(xiàn)在兩個方面：

    （1）硬件方面：在噴涂設(shè)備的先進(jìn)性、穩(wěn)定性差距較為明顯，盡管目前國內(nèi)有一些噴涂設(shè)備制造企業(yè)，但由于加工精度、零部件耐久性等問題，設(shè)備的穩(wěn)定性得不到很好的保證，限制了噴涂設(shè)備的推廣及應(yīng)用。此外，高端噴涂設(shè)備仍依賴國外進(jìn)口，譬如真空等離子噴涂、冷噴涂等設(shè)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(nèi)熱噴涂行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、操作規(guī)程等方面還需逐步完善，特種功能噴涂材料的研發(fā)與制備能力仍然較弱。噴涂從業(yè)人員的理論水平和實(shí)踐能力上也存在一定的不足，與之相配套的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)尚需完善。與美國、日本等技術(shù)相對發(fā)達(dá)的國家相比，國外每年噴涂所創(chuàng)造的產(chǎn)值占國家GDP 的0.2% 以上，而我國僅為0.09%。噴涂防護(hù)技術(shù)作為維修工程、表面工程、裝備腐蝕防護(hù)，以及裝備再制造工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，必將在國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)中發(fā)揮重要的作用，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

    從未來發(fā)展來看，噴涂防護(hù)技術(shù)建議應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三個方面：

    （1）噴涂技術(shù)理論體系的創(chuàng)新與發(fā)展：噴涂過程中的流體場、速度場、溫度場、應(yīng)力場等多強(qiáng)場、耦合場的分析一直是噴涂技術(shù)研究所關(guān)注的重點(diǎn)。納米噴涂過程中納米粉體團(tuán)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(yīng)力誘導(dǎo)相變、腐蝕性介質(zhì)氧化還原的過程與機(jī)制、異質(zhì)材料間嵌合界面的原子非對稱擴(kuò)散與原子嵌合動力學(xué)行為機(jī)理、界面嵌態(tài)、局部鍵態(tài)的結(jié)合機(jī)理、復(fù)雜表/ 界面結(jié)構(gòu)形成及演化過程中的約束機(jī)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(xué)成分和亞表層晶體缺陷與組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律等基礎(chǔ)研究方面還需進(jìn)一步深入。

    （2）新型噴涂技術(shù)與材料的研發(fā)與拓展：噴涂設(shè)備的未來趨勢更多的向智能化、高效化、人性化、環(huán)保化的方向發(fā)展，向著粒子飛行速度更高、涂層結(jié)合強(qiáng)度更高、涂層孔隙率更低、涂層功能性更強(qiáng)、作業(yè)強(qiáng)度更低的目標(biāo)發(fā)展。噴涂材料的未來發(fā)展趨勢則向著絲粉兼具、組分可控、功能多樣等方向發(fā)展。隨著需求的日益提高，已出現(xiàn)氣體隧道式等離子噴涂、反應(yīng)等離子噴涂、冷氣動力噴涂等新型噴涂設(shè)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(shù)、新材料、新工藝的不斷推出有助于獲得質(zhì)量性能更為優(yōu)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(shù)的交叉與融合：噴涂技術(shù)由于其自身的局限性，往往不能滿足復(fù)雜工況條件的要求。綜合運(yùn)用兩種或多種表面工程技術(shù)，通過最佳協(xié)同效應(yīng)獲得“1+1>2”的效果，以解決特殊的工程技術(shù)難題。復(fù)合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用目前已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，例如噴涂與重熔的復(fù)合、噴涂與刷鍍的復(fù)合、噴涂與激光的復(fù)合等，以獲得所需的最為適合的性能。通過復(fù)合工藝的發(fā)展將進(jìn)一步拓寬噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

    記者：請您大致展望一下您主研領(lǐng)域的未來發(fā)展方向？

    魏研究員：前期我們對裝備的腐蝕與防護(hù)及其功能性涂層的研究更多的考慮的是鋼結(jié)構(gòu)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(huán)境以及作業(yè)環(huán)境，受到的是溫度場、應(yīng)力場、流體場、電場、磁場等多強(qiáng)場以及苛刻海洋環(huán)境的耦合累積作用，未來工作需更多的多強(qiáng)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(qū)域?qū)ρb備的影響規(guī)律及作用機(jī)制，有針對性地采取面向多強(qiáng)場耦合影響作用的技術(shù)措施，特別是針對多強(qiáng)場作用與跨尺度損傷之間的映射規(guī)律、多強(qiáng)場作用下功能性涂層的協(xié)同作用與影響機(jī)理、涂層組織結(jié)構(gòu)特征的演化機(jī)制等基礎(chǔ)性的研究工作。協(xié)同規(guī)劃裝備特定部位的防腐、防污、承載等性能，進(jìn)行防腐- 防污-抗疲勞涂層綜合一體化設(shè)計。希望重點(diǎn)開展以下幾方面的工作：

    （1）多強(qiáng)場耦合作用下的裝備性能失效規(guī)律。研究因腐蝕、磨損、海生物、交變載荷、大應(yīng)力、疲勞等因素導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)及其涂層服役中的伴隨性損傷規(guī)律，并在各自演化作用基礎(chǔ)上，分析耦合交互作用對鋼結(jié)構(gòu)及其涂層結(jié)構(gòu)完整性的破壞影響機(jī)制。

    （2）研究功能性（防腐- 防污-抗疲勞）涂層協(xié)同作用機(jī)理以及相互匹配規(guī)律。分析涂層制備過程中溫度場、應(yīng)力場對結(jié)構(gòu)形變的影響機(jī)理，控制涂層鍵合/ 嵌合質(zhì)量與性能。結(jié)合微觀測試分析技術(shù)，研究涂層與基體、涂層與涂層表面/ 界面的性能演化規(guī)律，掌握異質(zhì)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(jié)構(gòu)及其涂層服役壽命預(yù)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(qū)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(shí)時監(jiān)檢測的難題，針對裝備開展腐蝕壽命預(yù)測分析，為服役過程中損傷的動態(tài)提取和壽命演變規(guī)律研究提供技術(shù)支持。

    后記：隨著現(xiàn)代軍事裝備迅猛發(fā)展，“迅速、便捷、智能化、信息化”便成了風(fēng)向標(biāo)，隨之而來的是對材料、技術(shù)的提出更高要求。腐蝕與防護(hù)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(wèi)，當(dāng)警鐘長鳴，開拓創(chuàng)新！

    人物簡介

    魏世丞，東北大學(xué)博士畢業(yè)，裝甲兵工程學(xué)院博士后，現(xiàn)為裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，博士生導(dǎo)師。兼任中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會常務(wù)理事、中國工業(yè)防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)化委員會委員，海洋腐蝕與防護(hù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、航空材料先進(jìn)腐蝕與防護(hù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)委會委員。先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家自然科學(xué)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(fā)表論文108 篇，SCI 收錄38 篇、EI 檢索63 篇。出版專著9 部。獲授權(quán)國家（防）發(fā)明專利12 項、受理國家（防）發(fā)明專利5 項。獲國家科技進(jìn)步二等獎1 項、軍隊及部委級科技進(jìn)步一等獎6 項。2012 年獲中國科協(xié)“求是杰出青年實(shí)用工程獎”、國務(wù)院政府特殊津貼。