十年磨一剑 护航“嫦娥奔月”

中新网沉阳12月24日电(沈殿城)北京时间12月17日1时59分，探月工程嫦娥五号返回者成功着陆，标志着我国第一个外星天体圆满完成采样和返回任务，我国第一个地外天体样本的存储、分析和研究相关工作也开始了。

神舟、天宫、嫦娥等知名航天器都需要考虑所用材料的耐腐蚀性能。航天材料的腐蚀因素较为复杂，包括地面储存环境中的大气腐蚀、近地轨道附近原子氧的侵蚀、宇宙射线对涂层材料的破坏、空间交变温度的影响等。 “嫦娥五号”探测器所用镁合金天线接收器外壳和本次发射任务所用长征五号运载火箭镁惯性单元支架的腐蚀防治核心技术均由研究所提供中国科学院金属研究所（以下简称金属研究所）科研团队为满足航空航天设备地面环境和空间环境复杂、综合的需求而??研制。

项目负责人、中国科学院沉阳分院院长、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心主任、研究所韩恩厚研究员带领的研究团队的金属克服了传统镁合金防护涂层无法满足防腐和导电的问题，开发出镁合金表面防腐导电功能集成涂层，应用于2010年的“嫦娥三号”，并致力于不断提升技术，十年磨砺剑，为我国探月工程护航护航。

积薄，削皮

镁合金由于其比重极轻，资源丰富，被认为是一种很有前途的材料。减轻重量对航天器来说非常重要，甚至以克为单位。为了实现减重，航天器中大量使用轻合金。镁合金已成为常用的减重材料，但容易腐蚀。这一直是影响其规模应用的关键技术瓶颈。

2010年4月，团队首次接触“嫦娥三号”项目。当时，团队已经具备了一定的镁合金导电涂层相关工艺技术储备。宋英伟，韩恩厚研究员（现任中国科学院金属研究所镁合金保护组组长）在读博士期间。期间，主要对AZ91镁合金化学镀和纳米化学复合镀进行了三年的研究。在韩恩厚研究员和宋英伟研究员日夜的精心指导下，经过反复试验，终于在小面积的实验试件上制备出与镁基体紧密结合的均匀致密的导电涂层。该涂层在耐磨性和耐腐蚀性方面远远超过了传统的Ni-P涂层。但当时工艺尚处于实验室阶段，加工样品体积小，形状结构简单，受限于航天镁合金应用起步较晚，也没有大批量生产经验。 -尺寸、结构复杂的镁合金产品。韩恩厚研究员、单大勇研究员与航天公司开展项目合作，正式开启该技术的空间应用之旅。

“在读硕士的时候，我与腐蚀防治结下了不解之缘。现在我在这个领域积累了30多年。”韩恩厚表示，他的研究生涯基本与腐蚀科学和项目相关，希望能够通过腐蚀防治技术服务于国家重大项目的实施。

精心打造突破瓶颈

早在“神舟五号”发射试验阶段，韩恩厚研究员和单大勇研究员就已经了解镁合金在航空航天应用中的问题是，在大气环境中，镁合金基体表面会很快形成一层自然氧化膜，但这种膜有很多缺陷，不致密，不能起到保护作用。如果采用化学转化涂层或微弧氧化等常见的防腐技术对镁合金进行表面处理，由于这种薄膜是绝缘的，不能满足导电性的要求。如何实现镁合金的表面导电性和优良的电磁屏蔽效果是一个大问题。使用导电金属涂层是解决这一问题的有效措施，但在实际应用中，需要综合考虑工程材料的复杂结构、涂层的结合力以及金属涂层的电偶腐蚀风险。由于镁合金化学活性高，常用的金属镀层有镍、铜、铬等。一方面，镁与这些金属镀层的物理性能差异很大，导致镀层附着力差；另一方面，这些金属涂层都是阴极的。在镀层中，一旦镀层出现细小的缺陷，在腐蚀介质的作用下，会引起严重的电偶腐蚀，镁基体很快失效，远高于无镀层情况的腐蚀速度。镀层。尤其是实际的组件结构是复杂的。边角、凹槽、气孔等都是容易出现缺陷的位置。处理不当会导致组件加速失效。因此，镁合金表面的金属镀层有很大的腐蚀风险。涂层附着力好，无缺陷，这对研究人员来说也是一个很大的挑战。

针对上述问题，韩恩厚研究员带领科研团队攻坚克难，通过不断的实践试验和生产工艺的优化，最终找到了基于基础研究的解决方案，并决定采用化学镀镀镍表面处理技术。通过适当的预处理方法，使涂层对镁合金基体产生“钉扎”作用，解决了涂层附着力差的问题。同时采用多层电镀方式。如果底层镀层有缺陷，后续镀层可以覆盖之前的缺陷，从而避免穿透缺陷的存在，最终在镁合金表面沉积一层附着力、耐腐蚀、耐腐蚀性能。导电金属镀层。

在从实验室制备技术向实际生产转化的过程中，还存在许多意想不到的困难。在生产过程中，镁基体面积的增加会加快成膜反应速度，不仅影响镀层的结合性能，而且降低镀液的稳定性。如何在大面积复杂工件表面均匀沉积金属镀层也是一大难点。在腐蚀领域工作多年的韩恩厚研究员很快发现，有必要对电镀液的特性进行系统研究。通过制定镀液使用控制规范，不仅提高了镀液的利用率，而且可以保持镀液质量的稳定性，最终实现满足任务要求的导电镀层，可以提供更优异的电磁屏蔽效果。它应用于数百个系列的镁合金零件。韩恩厚研究员被授予“嫦娥四号探月工程杰出贡献者”称号。除了导电涂层，韩恩厚的研究团队还针对对耐腐蚀性有更高要求的领域，开发了镁合金自密封微弧氧化技术。耐腐蚀性能比传统工艺提高4-5倍。在空间使用时，具有耐高低温、强辐射等综合性能要求。已成功应用于长征系列运载火箭的镁质惯性单元支架上。长征系列运载火箭的成功发射，也证明了上述防护涂层技术的安全性、可靠性和先进性。

文章来源：《腐蚀科学与防护技术》 网址: http://www.fskxyfhjszz.cn/zonghexinwen/2021/0816/894.html