随着我国国民经济的快速发展，航空航天领域的发展步伐也不断加大。飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。是保障航空航天飞行安全与人们生命财产不受损害的先决条件。然而腐蚀是自然界中常见的一种自然现象，对航空航天材料的安全使用构成一定的影响，所以解决好航空航天材料的腐蚀问题并研究其防治对策，是航空航天行业非常重要的研究课题。为了全面的科普航天领域的发展状况、腐蚀状况及控制关键，记者特邀请到航天科技八院 149 厂热表工程工艺研究室主任鞠鹏飞高级工程师做相关方面的精彩解读。

鞠鹏飞高级工程师

    记者：从您的履历上看，您年纪轻轻就是高级工程师，承担了多项国家重要研发项目，请您谈谈您这一路的历程并发表一下您的感想？

    鞠高工：2013 北京化工大学毕业后，我进入航天科技八院 149 厂工作，航天八院是中国航天科技集团三大总体院之一，是唯一一家涉及运载火箭、卫星、神州飞船、空间站、空间飞行器以及武器装备的总体院。而我所在的单位149 厂是八院的总装单位，也是八院热表处理技术中心挂靠单位，热表中心承担了航天八院绝大部分型号零部件的热处理、表面处理工艺研发与生产。

    宇航型号以及武器装备表面处理工艺主要涉及到：腐蚀与防护、固体润滑、热控涂层以及光学薄膜四大方面。这四个方面跨度还是比较大，涉及到材料、腐蚀、摩擦磨损、光学等不同的专业方向，涵盖电镀、化学镀、化学氧化、阳极氧化、微弧氧化、离子镀、磁控溅射、离子注入、热喷涂、涂料与涂装等工艺技术。我工作后花了大量时间与精力去研究不同型号对材料表面防护的要求，上述技术的国内外研究及产业应用现状以及零件表面处理生产过程的细节管控。在不到一年的时间里，开发了镁合金热控微弧氧化技术、钛合金消光阳极化技术、大型镁及镁锂合金结构件导电防护技术等 6 项技术，并应用至型号生产，为企业每年节约了大量的外协费用。

    2014 年，我担任热表工程工艺研究室主任，企业表面工程技术带头人，具体负责航天八院表面工程领域课题工作、解决型号研制过程中的表面工程难题、引进或开发新的表面处理工艺并实现型号应用、制定航天八院表面工程技术发展规划等。

    课题研究与技术成果应用是两种不同的思路，课题研究需要走在型号研制前面，根据型号发展方向，剖析其中对材料表面防护的新要求，然后跟踪国内外技术发展动态，通过技术创新，针对某个科学问题进行深入研究，阐述材料本质与其性能关系，或者是针对某项技术瓶颈，开发出能够满足性能需求的技术。而技术成果转移应用，则需要大量的重复实验与测试验证，从试片到典型零件，再到批量化零件试生产，最后参加整机实验。一方面是验证技术的适用性与可操作性，另一方面通过大量的试生产，暴露出技术本身存在的潜在风险，出现一例不合格试样都必须分析原因，问题复现，然后找到解决措施。如果忽略试生产过程中的某一个问题，那必将在型号产品研制生产过程中暴露出来，进而轻则耽误型号研制进度，重则造成型号发射任务失败。此外，技术成果转移应用需要从前处理开始每一个步骤都量化控制，技术参数一旦固化，则不能轻易变更。

    总得来说，航天型号表面工程技术研究是技术创新、成果转化以及工艺基础并行的工作，要做到跟踪技术动态、做深技术研究、做实技术数据。

    记者：您的主研方向是宇航以及战术武器型号金属材料表面工程技术研究，请分享一下您科研工作的这些年中印象深刻的典型案例？

    鞠高工：中国航天科技集团公司的作风是“严、慎、细、实”。这四个字充分凝练了航天型号产品研制的特点和要求。 2015 年，我参与八院研制某系列卫星型号的核心部件，由于时间非常紧迫，我们需要在短期内完成技术调研、开发、测试、试生产、型号环境实验、技术鉴定、型号生产等一系列的工作。

    当时我们整个研发队伍的工作计划是以天计，每一个实验计划都经过了充分的文献调研与论证，在短期的时间内完成了有效的实验与测试，针对实验的数据，团队也同样通过已有的文献资料进行分析，再设计后续实验计划，基本上完全做到了有章可依、有理可据。同时，团队的每一次交流讨论，都会形成待办事项，在后续工作中逐条落实，为了保证研发进度，保障型号顺利交付，团队基本上都牺牲了周末、节假日，甚至连通宵测试都成为了常态。当时的型号总师对我们的产品也提出了很多质疑，认为我们在短期内突破大量的关键技术，产品样本量不够，数据不够充分详实，可靠性很难保证。针对型号总师的疑问，我们用理论支持、数据说话，都一一进行了回答。在半年之内我们完成了接近一千个试片测试，上百个产品试生产，最终，我们顺利完成了产品的研制，并且顺利交付。

    宇航产品由于其唯一性、不可维护性，对其质量可靠性要求非常高。产品不能出现任何一丝的缺陷，因此每一项关键技术、每一台产品都需要通过大量的验证测试来确保其质量可靠性。

    记者：目前航天领域材料的腐蚀状况及控制现状如何？您认为航天领域的材料腐蚀控制的关键是什么？

    鞠高工：航天领域的腐蚀控制现状需要从三个方面来谈：

    首先是宇航型号，包括运载火箭、载人飞船、卫星、空间站以及空间飞行器等。宇航型号大量使用了铝合金跟镁合金，大多采用阳极氧化、化学氧化、化学镀镍几种工艺实现防腐。一般认为，宇航产品对腐蚀控制不是十分严格，周期比较短，只要能满足从研制到发射过程中不腐蚀就可以。其实不然，宇航产品任务成败的关键控制因素之一是“多余物”，细小的多余物都可能造成整个宇航型号报废。比如：运载火箭的导管清洗，需要保证长数米、直径几毫米的导管内没有一丝腐蚀斑，一旦导管内出现腐蚀产物都可能造成运载火箭发射失败；再比如，卫星型号电子单机用的镁合金材料防腐处理一般是化学镀镍，需要保证其经过盐雾试验后，耐蚀等级达到十级，一个腐蚀斑点都会造成整个单机报废， 从而影响整颗卫星的功能。 而且，宇航型号的防腐一般都不会使用有机涂层，有机涂层在太空中存在真空放气、老化脱落等一系列的问题。针对目前的宇航型号的腐蚀控制，大多采用严格的地面环境实验以确保整机产品不会发生腐蚀。但是，随着后续文昌发射场的投入使用，宇航型号需要通过海运到达基地，然后在基地经历一段时间的总装总测，文昌基地的大气环境将对后续宇航型号的腐蚀控制技术提出更高的要求。

    再就是武器装备，航天八院的武器型号需要在严寒、沙漠、海洋等不同的环境下服役。武器型号的腐蚀控制涉及到结构设计、选材、表面涂覆等方面。

    材料表面涂层主要包括：金属镀层、阳极氧化以及涂料与涂装，其中涂装是武器型号最重要的防护手段。随着我国海洋战略工程的推进与实施，对于武器装备的服役寿命也提出了更高的要求。目前评价材料耐蚀性能的标准不能兼顾多因素的影响，欧洲的 501 标准虽然包括了盐雾、湿热、紫外、冷凝等因素，但是也无法适用于高寒、高湿热、高盐雾等不同极端环境。因此，根据不同服役环境设计出有针对性的环境加速谱是保障武器型号腐蚀控制的必要手段。此外，目前国内研发的新型的防护涂层种类很多，在兼顾性能、质量可靠性、过程管理以及成本的基础上，如何通过技术适应性研究，形成新的材料防护体系，也是武器装备控制腐蚀的关键。

    最后，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，其外露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，其中原子氧与紫外对材料的损伤最大。目前航天型号的外露表面涂层都需要通过 GJB2502 的空间环境实验，确保其在辐照剂量内各项性能指标均满足设计需求，方可在型号上使用。

    不管是哪一类型号产品，其腐蚀控制的关键在于验证方法以及基础数据。

    通过可靠的验证方法测试目前各种防护涂层的耐蚀性能，形成材料、表面防护层、服役环境的数据库，通过数据库去指导型号设计，才能有效控制航天材料的腐蚀问题。

    记者：请您谈谈您研究的领域未来的发展方向？

    鞠高工：表面工程技术是航天制造技术中的核心技术之一，最近两年我负责了航天八院、国防科工委等多个渠道的十三五发展规划中表面工程领域的编制或者合稿。随着航天型号产品的发展，对航天材料表面防护提出了更高、更严苛的需求。而由于航天型号功能的特殊性，往往要求材料在满足耐蚀的同时，具备导电、耐磨、透波、热控、防热等不同的功能。

    空间站、火星探测等重大型号的研制需要材料能够经受复杂空间环境的“腐蚀”。柔性太阳翼基板非常容易因原子氧的侵蚀造成整块太阳翼电池帆板失效，而空间站、卫星等宇航型号需要长期在轨可靠服役，这就需要既不影响发电效率，又能够 100% 抵抗住原子氧长期侵蚀的防护性膜层。宇航型号的对日定向系统的驱动机构在需要经受上万转的高温电气磨损，火星探测、月面巡视器等型号需要在极端气温、星际尘暴等恶劣环境下可靠运行。由于宇航产品的不可维护性，这就需要航天材料的热控、润滑等表面防护涂层做到 100% 可靠。此外，轻量化是宇航型号的要求也是趋势之一，铝合金作为轻质合金材料已经很慢满足宇航型号的减重需求，镁铝合金、耐热镁合金、镁锂合金以及复合材料已经开始应用在宇航型号上，针对上述新材料的防护技术也是十三五期间发展的重点之一。

    武器装备的表面工程主要集中在防腐、耐热、隐身以及再制造方面。随着海洋工程的推进，武器型号在南海等恶劣海洋气候环境下可靠服役的需求也日益迫切， 锌镍合金、 氟碳涂层、 非晶涂层、CrN 等涂镀层将越来越多地应用至武器型号。此外，产品环境适应性工程以及再制造工程是武器型号材料防护的重要方向。近年来，因为环境腐蚀问题，造成武器装备性能严重下降甚至在短期内便失效的案例时有发生。澳大利亚科研部门今年就对我国在南海武器型号的长期可靠服役提出了质疑。因此，针对不同环境、不同工况的特点，进行可靠的环境实验，并提出可行的解决方案，最终形成相应的设计手册或指南，是保障未来武器型号 “管用、 能用、 好用、 实用”的关键。

    后记：

    建国以来，我国航天工业取得了令人瞩目的的成就，但也存在诸多不足和危机：部分关键材料的性能和质量尚不稳定、低端产品牌号较杂、高端产品缺乏且没有实现通用化、系列化、标准化等等，需要科研工作者们继续努力，为我国航天工业的可持续性发展提供扎实的材料基础。

    人物简介

    鞠鹏飞，工学博士，高级工程师，硕士研究生导师，1987年9月生于江苏，工学博士，现任航天科技八院149厂热表工程工艺研究室主任、中国腐蚀与防护学会理事、中国机械工程学会表面工程分会委员。2008年获得北京化工大学材料科学与工程专业学士学位，2013年6月获得北京化工大学材料科学与工程专业博士学位。2015年12月入选上海市青年科技启明星计划。承担国家自然科学基金、国防基础科研、国防技术基础、上海市科委等课题11项，发表论文20余篇，申请发明专利6项，编制航天行业标准（QJ部标）2项。