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【中国新闻网】十年磨一剑 护航“嫦娥奔月”

作者: 武汉新闻网 更新时间: 2020年12月26日 07:30:19 游览量: 143

简述:

【中国新闻网】十年磨一剑 护航“嫦娥奔月” 2020-12-24 中国新闻网 沈殿成 【字体:大 中 小】 语音播报 中国科学院沈阳分院院长、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心主任、金属所

【中国新闻网】十年磨一剑 护航“嫦娥奔月”

2020-12-24 中国新闻网 沈殿成

【字体:大 中 小】

语音播报

【中国新闻网】十年磨一剑 护航“嫦娥奔月”

中国科学院沈阳分院院长、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心主任、金属所韩恩厚研究员。中科院沈阳分院 供图

  北京时间12月17日1时59分,探月工程嫦娥五号返回器成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成,我国首次地外天体样品储存、分析和研究相关工作也随之启动。

  人们熟知的神舟、天宫、嫦娥等所有航天器都需要考虑使用材料的耐腐蚀问题。航天材料的腐蚀因素较为复杂,包括地面存放环境中的大气腐蚀、近地轨道附近原子氧的侵蚀、宇宙射线对涂层材料的破坏,以及太空中交变温度的影响等。应用在“嫦娥五号”探测器上的镁合金天线接收器外壳和执行此次发射任务的长征五号运载火箭上的镁质惯组支架的腐蚀防控核心技术,均由中国科学院金属研究所(以下简称金属所)科研团队研制而成,满足航天装备地面环境及空间环境的复杂综合要求。

  该项目负责人、中国科学院沈阳分院院长、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心主任、金属所韩恩厚研究员带领的这支科研团队攻克了传统镁合金防护涂层无法同时满足防腐和导电的难题,研制出镁合金表面防腐导电功能一体化涂层,应用于2010年“嫦娥三号”,并致力于技术的不断改进,十年磨一剑,为我国的探月工程保驾护航。

  厚积薄发 利刃出鞘

  镁合金因为其比重极轻和资源丰富,被视为一种非常有前景的材料。减重对航天器至关重要,甚至以克计算。为了实现减重,在航天器上大量使用轻合金,镁合金成为减重常用材料,但它本身极易被腐蚀,这一直是影响其规模应用的关键技术瓶颈。

  2010年4月,团队初次接触“嫦娥三号”项目。当时团队已经具有一定镁合金导电涂层相关工艺的技术储备。韩恩厚研究员的学生宋影伟(现任中科院金属所镁合金防护组组长),在读博士期间主要针对AZ91镁合金化学镀及纳米化学复合镀进行了历时3年的研究,在韩恩厚研究员的悉心指导及宋影伟夜以继日的摸索尝试下,最终在小面积实验试片上制备出均匀、致密且与镁基体结合紧密的导电镀层。该镀层在耐磨性及耐蚀性方面远超传统Ni-P镀层。但当时的工艺仍处于实验室阶段,处理的样品尺寸较小,形状构造简单,且受限于航天镁合金的应用起步较晚,尚未有对大尺寸,复杂结构镁合金产品的生产经验。韩恩厚研究员、单大勇研究员与航天企业开展项目合作,正式开启了该技术的航天应用之旅。

  “在读硕士时,我就和腐蚀防控结下了不解之缘,如今在这个领域已经有30多年积淀。”韩恩厚表示,自己的科研生涯基本都与腐蚀科学与工程相关,也希望能够通过腐蚀防控技术服务于国家重大工程实施。

  精雕细琢 打破瓶颈

  早在“神舟五号”发射测试阶段,韩恩厚研究员与单大勇研究员就曾了解到镁合金在航天应用中存在的问题,即镁合金基体在大气环境中表面会迅速形成一层自然氧化膜,但这层膜缺陷多,不致密,无法起到防护作用。如果采用化学转化膜或微弧氧化这些常用的防腐技术对镁合金进行表面处理,由于这类膜层是绝缘的,无法满足导电性的要求。如何实现镁合金表面导电,且具备优异的电磁屏蔽效果是一大问题。采用导电的金属镀层是解决这一问题的有效措施,但实际应用中还需要综合考虑工程材料复杂的结构,镀层的结合力,以及金属镀层防腐存在的电偶腐蚀风险。由于镁合金化学活性高,常用的金属镀层为镍、铜、铬等,一方面镁与这些金属镀层的物理性质差异大,导致镀层的结合力差;另一方面,这些金属镀层都是阴极性镀层,一旦镀层局部存在微小的缺陷,在腐蚀介质的作用下,将导致严重的电偶腐蚀,镁基材将很快失效,比没有镀层的情况的腐蚀速率高很多。尤其实际部件结构复杂,边角、凹槽、孔隙等都是极易产生缺陷的位置,如处理不当,将造成部件的加速失效,因此镁合金表面镀覆金属镀层有很大的腐蚀风险,要求镀层结合力好、且没有缺陷,对于科研人员而言也是极大的挑战。

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