邢偉，陳強(qiáng)，常嵩，程剛，黃科

（北京特種工程設(shè)計(jì)研究院，北京 100028）

航天發(fā)射場(chǎng)是航天系統(tǒng)工程的重要組成部分，除了運(yùn)載火箭的測(cè)試發(fā)射系統(tǒng)外，還包括彈道測(cè)量、指揮控制以及接收和處理遙測(cè)信息和科學(xué)研究所需的一整套地面設(shè)備設(shè)施和建筑，是一個(gè)國(guó)家航天能力的重要體現(xiàn)[1]。由于臨海航天發(fā)射場(chǎng)具備大直徑重型運(yùn)載火箭運(yùn)輸方便、同步地球軌道航天器載荷發(fā)射效率高、火箭殘骸落區(qū)不涉及人口疏散問題、附近的海島還可用作理想的跟蹤測(cè)量站站址等優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)、法國(guó)、日本等世界航天大國(guó)，都把航天發(fā)射場(chǎng)建設(shè)在臨海地區(qū)，臨海地區(qū)成為新型重型運(yùn)載火箭、可重復(fù)使用運(yùn)載火箭、載人航天、深空探測(cè)等航天發(fā)射任務(wù)的主戰(zhàn)場(chǎng)。

雖然臨海航天發(fā)射場(chǎng)具備以上發(fā)射優(yōu)勢(shì)，但是其所處的海洋環(huán)境，及其特殊的氣候、氣象條件，對(duì)發(fā)射場(chǎng)在役設(shè)施設(shè)備的腐蝕防護(hù)帶來不利影響，從而造成維護(hù)成本大幅提升，發(fā)射設(shè)施設(shè)備可靠性降低，發(fā)射能力下降等問題。文中基于海洋大氣環(huán)境金屬腐蝕機(jī)理，對(duì)臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備腐蝕情況進(jìn)行了梳理統(tǒng)計(jì)，提出腐蝕控制策略和研究方向的建議，為進(jìn)一步提升我國(guó)航天發(fā)射場(chǎng)維修保障能力提供理論和技術(shù)支撐。

1 腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1.1 環(huán)境特點(diǎn)及其腐蝕機(jī)理

世界主要航天器發(fā)射場(chǎng)和測(cè)控中心的分布如圖1所示。從圖1不難看出，除俄羅斯外，各國(guó)主要航天發(fā)射場(chǎng)大都為臨海航天發(fā)射場(chǎng)。如美國(guó)的肯尼迪航天中心、歐洲空間局的法屬圭亞那發(fā)射場(chǎng)、日本的種子島航天中心等知名航天發(fā)射場(chǎng)均為臨海航天發(fā)射場(chǎng)。另外，各國(guó)在臨海航天發(fā)射場(chǎng)選址時(shí)，也通?？紤]在本國(guó)緯度較低的區(qū)域建設(shè)。

圖1 世界主要航天器發(fā)射場(chǎng)和測(cè)控中心的分布Fig.1 Map of the world's major spacecraft launch sites and measurement control centers

臨海航天發(fā)射場(chǎng)所處的海洋環(huán)境可分區(qū)為：大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。金屬構(gòu)件在如上環(huán)境區(qū)域工作，涉及的氣象與環(huán)境因素較多，包括空氣溫度、太陽輻射、空氣濕度、降水、雷暴、鹽霧、海潮與海浪等因素。在不同區(qū)域，金屬所面臨的腐種類各不相同，主要包括機(jī)械腐蝕、電化學(xué)腐蝕、生物腐蝕以及化學(xué)腐蝕等，其中，電化學(xué)腐蝕是臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備腐蝕的主要形式[2-3]。另外，航天發(fā)射產(chǎn)生的酸性氯化氫廢氣，也是影響臨海航天發(fā)射場(chǎng)腐蝕的因素。

金屬腐蝕會(huì)導(dǎo)致航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備性能變差、工作壽命縮短、可靠性降低、維護(hù)成本大幅增加等問題。電化學(xué)腐蝕的形成需要具備陰極、陽極和電解質(zhì)。通常用自由能、電極電位或者標(biāo)準(zhǔn)電極電位可以判斷多數(shù)金屬的電化學(xué)腐蝕傾向，這些方法均屬于電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)范疇[4]。

海洋環(huán)境下，金屬腐蝕通常與金屬電極電位和腐蝕介質(zhì)中H+、OH-的含量有關(guān)[5]。離子的濃度與溶液的pH值正相關(guān)，因此，有學(xué)者制作了“電位-pH圖”，從中預(yù)判金屬在某溶液中發(fā)生腐蝕的概率，并通過估計(jì)產(chǎn)物成分而明確減緩或防止腐蝕的方法。

鐵是臨海航天發(fā)射場(chǎng)的常見金屬元素，圖2給出了鐵-水體系電位-pH 圖。25 ℃時(shí)，溶液中金屬的離子濃度為 10-6mol/L，平衡固相為 Fe、Fe(OH)2、Fe(OH)3的電位-pH圖。圖中a和b兩條虛線分別代表與 H2、O2不平衡溶液進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的電位，橫線代表了不同H+和電子參與的反應(yīng)。

圖2 電位-pH圖（Fe-H2O，25 ℃）Fig.2 Potential-pH figure (Fe-H2O, 25 ℃)

虛線和實(shí)線將“電位-pH圖”劃分為幾個(gè)區(qū)域，其中，C點(diǎn)左側(cè)反應(yīng)后生成Fe2+，該區(qū)域?yàn)楦g區(qū)；A點(diǎn)以下反應(yīng)后生成Fe，該區(qū)域?yàn)槊飧g區(qū)；C點(diǎn)右側(cè)反應(yīng)后生成Fe2O3和Fe3O4固體產(chǎn)物，形成氧化膜，為鈍化區(qū)。在高 pH的 D區(qū)域，反應(yīng)生成氧化態(tài)的HFeO2-，所以該區(qū)域也是腐蝕區(qū)。

1.2 腐蝕特點(diǎn)

航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備分布在技術(shù)區(qū)、發(fā)射區(qū)、指揮區(qū)等區(qū)域，是保障運(yùn)載火箭、航天器裝配、測(cè)試、加注、發(fā)射及相應(yīng)勤務(wù)保障的設(shè)備總稱。其承擔(dān)著運(yùn)載火箭、航天器（衛(wèi)星、飛船等）及有效載荷在發(fā)射場(chǎng)的吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、推進(jìn)劑加注、裝配測(cè)試等技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，以及提供通信、供配電、環(huán)境保障、消防等地面勤務(wù)保障及后勤支持任務(wù)。

目前，雖然各國(guó)航天發(fā)射場(chǎng)從設(shè)計(jì)、制造到安裝、運(yùn)行維護(hù)過程中都比較重視設(shè)施設(shè)備的腐蝕防護(hù)問題，采取了多種防護(hù)措施，主要是在涂裝防護(hù)方面做了大量的工作，但各類設(shè)施設(shè)備仍存在嚴(yán)重的腐蝕損傷問題，主要表現(xiàn)出以下3個(gè)方面。

1）腐蝕問題普遍，幾乎在各個(gè)系統(tǒng)均存在腐蝕問題。腐蝕發(fā)生在鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等不同材質(zhì)表面以及基座、管路、接頭、板卡、螺釘?shù)炔煌Y(jié)構(gòu)部位，造成聯(lián)接緊固部件銹死或松脫、圍護(hù)欄桿銹蝕斷裂、管路點(diǎn)蝕穿孔、構(gòu)件減薄失效、電子板卡失效等安全問題。

2）腐蝕類型多樣。裸露及施加涂層的碳鋼、合金鋼、鑄鐵等金屬材料在臨海環(huán)境下很快發(fā)生均勻腐蝕現(xiàn)象。加注、供氣、液壓等系統(tǒng)不銹鋼管路和花紋鋁板等長(zhǎng)期結(jié)露，在含有氯離子的溶液中呈現(xiàn)點(diǎn)蝕破壞。不銹鋼焊件在其熱影響區(qū)（敏化溫度的范圍內(nèi)）極易發(fā)生晶間腐蝕。加注、供氣管路不銹鋼管和碳鋼墊板連接處，易產(chǎn)生電偶腐蝕。縫隙腐蝕更是存在于發(fā)射場(chǎng)各個(gè)角落，不同材料、不同設(shè)施設(shè)備存在截然不同的腐蝕損傷類型。

3）腐蝕范圍擴(kuò)大。目前腐蝕問題主要集中在鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等黑色金屬，但鋁、銅、塑料等材質(zhì)也出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象。隨著時(shí)間的推移，還會(huì)涉及到腐蝕較慢的金屬鍍層、防腐涂層等保護(hù)層和橡膠、涂料、膠合劑等高分子材料，腐蝕危害更為嚴(yán)重，損傷范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.3 發(fā)射場(chǎng)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)航天發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)組成及常用材料情況，結(jié)合腐蝕后系統(tǒng)失效情況，將臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備等各類系統(tǒng)腐蝕情況匯總見表1。

表1 各系統(tǒng)腐蝕情況Tab.1 List of corrosion status of each system

從表1可以看出，航天發(fā)射場(chǎng)各系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備材料各異、服役工況差別較大。隨著服役年限的增長(zhǎng)，裝備使用頻率增加，裝備設(shè)施使用壽命下降，可靠性降低，各類腐蝕問題將不斷顯現(xiàn)，腐蝕問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的服役安全性和可靠性。針對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜、材料多樣、環(huán)境苛刻的金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕情況，其評(píng)價(jià)及治理防護(hù)能力明顯不足，一旦因腐蝕問題造成火箭發(fā)射事故，其危害將不可估量，不僅會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，更會(huì)造成重大國(guó)際負(fù)面影響。

2 國(guó)內(nèi)外臨海航天發(fā)射場(chǎng)腐蝕控制現(xiàn)狀

近年來，臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備在嚴(yán)苛自然環(huán)境和發(fā)射環(huán)境下的典型腐蝕問題已引起國(guó)內(nèi)外高度重視。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的防腐技術(shù)，主要包括以下幾種。

2.1 金屬構(gòu)件腐蝕防護(hù)技術(shù)

電化學(xué)腐蝕作為臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備腐蝕的主要形式，破壞最為嚴(yán)重。針對(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)，裝甲兵工程學(xué)院徐濱士院士團(tuán)隊(duì)、中科院海洋研究所侯保榮院士團(tuán)隊(duì)、北京科技大學(xué)李曉剛團(tuán)隊(duì)、廈門大學(xué)林昌健團(tuán)隊(duì)、中船重工 725研究所等科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并取得一定的研究成果[6-9]。目前，金屬構(gòu)件的耐蝕防護(hù)主要采用有機(jī)涂料和金屬涂層防腐技術(shù)等處理方法[10-13]。

2.1.1 有機(jī)涂覆腐蝕防護(hù)技術(shù)

有機(jī)涂料防腐技術(shù)是賦予金屬構(gòu)件優(yōu)異表面性能，使金屬構(gòu)件盡可能少遭受或免遭環(huán)境侵蝕的有效手段。一般將涂料按所處位置不同，分為底漆、中間漆和面漆[11-14]。

近年來，國(guó)內(nèi)外在研發(fā)新型長(zhǎng)效有機(jī)耐蝕性涂層取得了較大的進(jìn)步，如導(dǎo)電聚苯胺防腐涂料、鈦納米聚合物涂料、石墨烯復(fù)合涂料等。導(dǎo)電聚苯胺通過特殊的氧化還原可逆性，正移金屬電位，從而形成穩(wěn)定的氧化層，實(shí)現(xiàn)延緩金屬腐蝕的目的。美國(guó)國(guó)家宇航局已成功地將其應(yīng)用于肯尼迪航天發(fā)射中心（北緯28°35′）火箭發(fā)射塔架的內(nèi)壁上，取得了顯著的防腐效果[15]。目前國(guó)內(nèi)研究聚苯胺防腐技術(shù)的主要有中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、洛陽船舶材料研究所、西安交通大學(xué)等，并取得了一定的進(jìn)展[16-18]。但是針對(duì)臨海航天發(fā)射場(chǎng)嚴(yán)苛特殊的自然環(huán)境，單純的導(dǎo)電聚苯胺防腐涂料難以達(dá)到良好的防腐效果。鈦金屬由于其密度低、比強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、耐蝕性好、無毒等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為防腐界的寵兒。但是，納米鈦顆粒的團(tuán)聚問題一直影響其在有機(jī)涂層的分散行為，阻礙了納米鈦有機(jī)涂料的工業(yè)化生產(chǎn)和大面積應(yīng)用。中科院金屬研究所開發(fā)了一種低添加量納米 Ti有機(jī)防護(hù)涂料，可有效提高金屬的防腐性能[19]。此外，中科院海洋研究所開發(fā)的“氧化聚合型包覆防腐技術(shù)”（OTC），可以解決金屬構(gòu)件中主要受力部位（橋梁鋼索和吊桿、焊接部位、螺栓螺母、球形節(jié)點(diǎn)、法蘭等異形節(jié)點(diǎn)）以及石油化工儲(chǔ)罐的邊緣板等形狀不規(guī)則部位的腐蝕問題[20]。

盡管有機(jī)涂料在金屬構(gòu)件的腐蝕防護(hù)處理的研究上取得了一定的進(jìn)展，但面對(duì)臨海航天發(fā)射場(chǎng)的苛刻自然環(huán)境和設(shè)施設(shè)備的特殊服役工況，國(guó)內(nèi)外仍缺少與之匹配的防腐蝕處理材料與技術(shù)。

2.1.2 金屬涂層腐蝕防護(hù)技術(shù)

金屬涂層具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，并能對(duì)磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行修復(fù)。因此，在航空航天、機(jī)械制造、石油化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[21-22]。金屬涂層的制備方法有很多，其中在對(duì)金屬構(gòu)件腐蝕防護(hù)處理中，熱噴涂涂層因優(yōu)異的耐蝕性能而得到越來越廣泛的應(yīng)用。世界各國(guó)學(xué)者進(jìn)行的大量科學(xué)試驗(yàn)和工程應(yīng)用證明，熱噴涂防腐蝕技術(shù)是進(jìn)行大型及重要鋼構(gòu)件在大氣甚至水中長(zhǎng)效防腐的重要方法，可以實(shí)現(xiàn)20年不需任何維護(hù)和超過40年的少量維護(hù)。

熱噴涂防腐技術(shù)是將噴涂材料進(jìn)行加熱處理后，將熔融態(tài)的噴涂材料顆粒進(jìn)行霧化、噴射，最后在鋼結(jié)構(gòu)基材的表面上堆積形成10 mm左右的表面保護(hù)涂層。熱噴涂的方法有很多，其中電弧噴涂技術(shù)在金屬構(gòu)件腐蝕和防護(hù)處理中效果明顯[22]。近年來，裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在電弧噴涂方面，結(jié)合不同應(yīng)用背景，進(jìn)行了材料集約化研究，研制出了具有良好耐蝕性的非晶、納米晶等多種電弧噴涂材料[23]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試采用電弧噴涂技術(shù)制備了Al含量更高的Zn-Al合金涂層，試驗(yàn)結(jié)果顯示，高Al含量的Zn-Al合金涂層的防腐性能比單一Al涂層優(yōu)異。英國(guó)的學(xué)者研究了不同鋁含量對(duì)合金涂層防腐性能的影響，研究結(jié)果表明，隨著鋁含量的增加，合金涂層的抗腐蝕性能也增強(qiáng)。合金涂層在高溫、高濕、高鹽霧等惡劣條件下，其耐腐蝕性能減弱，服役壽命明顯降低。

2.2 管路內(nèi)外壁腐蝕防護(hù)技術(shù)

在航天發(fā)射場(chǎng)各系統(tǒng)中遍布各種管路，其中以加注系統(tǒng)居多。航天發(fā)射場(chǎng)加注系統(tǒng)管路貯存?zhèn)鬏數(shù)母黝愅七M(jìn)劑均易燃、易爆，特別是傳輸液氫、液氧的不銹鋼管路，使用頻率高，溫度交變區(qū)間大。管路損傷的主要原因就是腐蝕問題，若持續(xù)發(fā)展，必然導(dǎo)致管路蝕穿、爆裂，輕則造成設(shè)施設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)失常，重則造成液氫、液氧大量泄露，危害性極大。因此，管路的腐蝕防護(hù)一直是管路維護(hù)保養(yǎng)的重點(diǎn)。

管路腐蝕損傷可分為外壁腐蝕和內(nèi)壁腐蝕。管路外壁的腐蝕防護(hù)目前以防腐涂層為主；管路內(nèi)壁的防腐蝕多采用陰極保護(hù)技術(shù)、涂敷內(nèi)涂層技術(shù)及緩蝕劑法。

陰極保護(hù)法可分為犧牲陽極法和外加電流法。因航天發(fā)射場(chǎng)各類管路為密閉體系，內(nèi)壁施加陰極保護(hù)常受密閉空間的限制，對(duì)于維護(hù)保養(yǎng)、測(cè)試帶來困難，因此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮較多的因素。如陰極保護(hù)過程中產(chǎn)生的氧氣和氫氣是必須要考慮的安全因素，溫度可能對(duì)鎂陽極消耗率及鋅陽極的極性逆轉(zhuǎn)有影響，測(cè)試系統(tǒng)的布置、內(nèi)壁的電絕緣等也需要特殊考慮。由于陰極保護(hù)法適用于大口徑管道，且施工工藝復(fù)雜，因此很難在航天發(fā)射場(chǎng)各類管路上展開應(yīng)用。

內(nèi)涂層技術(shù)是指可以在管路內(nèi)部涂敷合適的防腐層。用作內(nèi)涂層的涂料要具備不易起泡、能夠抵抗高溫和能夠很好保護(hù)絲扣等方面的優(yōu)點(diǎn)。曾邵等[24]研究發(fā)現(xiàn)，高爐煤氣管道防腐材料為VEGF材料時(shí)，防腐性能最優(yōu)。楊敏娜等[25]研究發(fā)現(xiàn)，輸送水的水質(zhì)對(duì)飲用水管道內(nèi)壁防腐也產(chǎn)生影響，輸送軟水時(shí)，涂層的防腐性能取決于涂層防劃傷能力；輸送硬水時(shí)，涂層的防腐性能取決于涂層的抗?jié)B能力。該技術(shù)覆蓋均勻性不好，且涂層易脫落，承受高壓、沖擊和防止各種接觸介質(zhì)的腐蝕性能不良。

合理地添加緩蝕劑是防止金屬管路腐蝕的常見方法。緩蝕劑針對(duì)性強(qiáng)，使用條件較為苛刻。不同金屬材料在不同腐蝕介質(zhì)中所需要的緩蝕劑也不同，甚至當(dāng)腐蝕介質(zhì)的濃度、溫度、壓力、流速等工況條件變化時(shí)，使用的緩蝕劑也需調(diào)整。因此，在為特定系統(tǒng)選取適用的緩蝕劑時(shí)，既要考慮系統(tǒng)腐蝕介質(zhì)的特點(diǎn)、腐蝕類型和運(yùn)行參數(shù)，還要根據(jù)實(shí)際使用條件對(duì)緩蝕劑進(jìn)行使用評(píng)價(jià)。

針對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)管路維護(hù)安全要求，部分關(guān)鍵管路外壁防護(hù)涂層要求透明、可視，以便于掌握基體狀態(tài)。目前，發(fā)射場(chǎng)管路的主要材質(zhì)為302、304、316不銹鋼，傳輸介質(zhì)為帶壓的液氧、液氮等超低溫液體。由于臨海環(huán)境，容易引起不銹鋼管外壁發(fā)生潮濕、結(jié)露、浸水以及大氣中氯離子的局部沉積吸附，形成可溶性金屬-羥-氯混合物，導(dǎo)致不銹鋼鈍化膜的不均勻破壞，構(gòu)成鈍化區(qū)-金屬電池，促進(jìn)點(diǎn)蝕發(fā)生擴(kuò)展，給場(chǎng)區(qū)設(shè)施設(shè)備的可靠性和持續(xù)性帶來很大影響。廈門大學(xué)林昌健團(tuán)隊(duì)、中船重工 725研究所等科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)不銹鋼管路的腐蝕情況研發(fā)了電化學(xué)強(qiáng)制鈍化技術(shù)[8-9]，但通過航天發(fā)射場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鈍化管路一般3~6個(gè)月就發(fā)生失效。A.K.Singh等[26]研究了在丙烯酸聚氨酯乳液中添加納米氧化鋅透明涂層的防腐蝕性能。陳愛英等提出了一種石墨烯/二氧化鈦透明防腐涂層的制備方法，結(jié)果顯示，該方法可使不銹鋼的極化電阻提高8~17倍。方永勤等[27]公開了耐鹽霧的一種基于雙功能化納米 SiO2的水性單組分透明防腐涂料及制備方法。Nautiyal等[28]研究了碳鋼上聚苯胺電沉積透明涂層的耐蝕性能。

目前，針對(duì)臨海航天發(fā)射場(chǎng)關(guān)鍵管路外壁防護(hù)可視化和長(zhǎng)效耐蝕要求，急需研發(fā)一類兼具優(yōu)異透光性和長(zhǎng)效防腐功能且適用于超低溫環(huán)境的功能性涂層。

3 腐蝕控制策略的研究方向

臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備面臨嚴(yán)重的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，其機(jī)理復(fù)雜，危害與影響的范圍廣，解決問題所需的專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)挘刂萍夹g(shù)難度大。為進(jìn)一步提升我國(guó)航天發(fā)射場(chǎng)維修保障能力提供理論和技術(shù)支撐，結(jié)合航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備使用情況，以可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性、安全性及環(huán)境適應(yīng)性為中心，并綜合腐蝕防護(hù)理論，從預(yù)測(cè)腐蝕損傷、及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患、高效解決腐蝕問題等3個(gè)方面提出如下研究方向的建議。

3.1 無損監(jiān)檢測(cè)技術(shù)及功能性涂層服役壽命評(píng)估技術(shù)研究

無損監(jiān)檢測(cè)技術(shù)有助于航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備腐蝕失效進(jìn)程研究從被動(dòng)向主動(dòng)、定性向定量的轉(zhuǎn)變?？刹捎脺u流、聲發(fā)射、電化學(xué)等無損監(jiān)檢測(cè)方法實(shí)時(shí)在線檢測(cè)發(fā)射場(chǎng)典型設(shè)施設(shè)備的腐蝕進(jìn)展情況和損傷程度。主要包括以下研究：

1）利用智能傳感單元在多相復(fù)雜耐蝕材料體系中的嵌入與匹配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在苛刻、復(fù)雜服役環(huán)境中對(duì)涂層損傷微弱信息的精準(zhǔn)提取與傳輸，構(gòu)建基于電、磁、聲、光、熱等多物理場(chǎng)信號(hào)提取的監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)。

2）可模擬典型服役工況的壽命評(píng)估加速試驗(yàn)機(jī)，為功能性涂層加速壽命預(yù)測(cè)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3）基于腐蝕電化學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)的累積損傷統(tǒng)計(jì)與回歸，建立臨海環(huán)境涂層服役壽命預(yù)測(cè)模型，加速破壞條件下涂層的壽命演變與衰退行為，分析加速因子對(duì)促進(jìn)涂層壽命衰退的作用規(guī)律。

3.2 功能性涂層與基體表面服役匹配機(jī)理研究

針對(duì)臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備及其表面涂層腐蝕、磨損等失效行為，通過微觀組織表征、模擬加速試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試等表征、試驗(yàn)、評(píng)價(jià)技術(shù)，加強(qiáng)以下研究：

1）發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備及其表面功能性涂層亞穩(wěn)態(tài)表面微觀結(jié)構(gòu)特征，分析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)（位錯(cuò)增殖、變形織構(gòu)等）的變化規(guī)律。

2）功能性涂層亞穩(wěn)態(tài)相結(jié)構(gòu)的時(shí)變性、殘余應(yīng)力和微缺陷，分析表面的性能演化規(guī)律。研究涂層與基體、涂層與涂層之間表面/亞表面、表面/界面的應(yīng)力誘導(dǎo)相變、腐蝕性介質(zhì)氧化還原的過程與機(jī)制。

3）發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備異質(zhì)材料間嵌合界面的原子非對(duì)稱擴(kuò)散與原子嵌合動(dòng)力學(xué)行為機(jī)理，分析動(dòng)態(tài)接觸行為對(duì)表面、界面結(jié)構(gòu)與性能演化過程的交互影響規(guī)律，從微納尺度下研究涂層的尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)。

3.3 多因子耦合作用下設(shè)施設(shè)備跨尺度損傷映射規(guī)律研究

海洋大氣環(huán)境腐蝕條件惡劣且復(fù)雜，在溫度、濕度、鹽度、酸堿度、日照時(shí)間、風(fēng)力流速、應(yīng)力載荷等多因子影響下，臨海航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備材料及其表面涂/鍍層在應(yīng)力場(chǎng)、流體場(chǎng)、電磁場(chǎng)、環(huán)境場(chǎng)的耦合作用下，出現(xiàn)從微觀到介觀，再到宏觀的跨尺度損傷，應(yīng)加強(qiáng)以下研究：

1）裝備損傷失效起源與積累作用機(jī)理；交變載荷下裝備的腐蝕疲勞損傷行為；微納尺度下從隱性損傷到顯性損傷的過渡過程。

2）不同作業(yè)環(huán)境下內(nèi)部微觀缺陷的化學(xué)與力學(xué)反應(yīng)機(jī)理及對(duì)涂層結(jié)構(gòu)完整性的影響規(guī)律。

3）腐蝕過程中，宏觀腐蝕電池與多元微觀腐蝕電池之間的耦合效應(yīng)；氯離子與其他離子協(xié)同作用下微觀缺陷對(duì)腐蝕介質(zhì)穿透行為的影響機(jī)理。

4 結(jié)語

臨海航天發(fā)射場(chǎng)具備的地理優(yōu)勢(shì)，是支撐航天發(fā)射任務(wù)的關(guān)鍵能力，也是各國(guó)航天發(fā)射場(chǎng)建設(shè)的方向。面對(duì)特征多變、規(guī)律復(fù)雜的海洋大氣環(huán)境，進(jìn)行腐蝕控制是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度大的系統(tǒng)工程。只有不斷總結(jié)航天發(fā)射場(chǎng)腐蝕機(jī)理和規(guī)律，探索和研究航天發(fā)射場(chǎng)腐蝕控制策略、技術(shù)與方法，才能更加科學(xué)、完善、合理地進(jìn)行腐蝕控制。