航空载人舱用涂层技术荣获“国字号”科学技术奖一等奖

金属材料以其优异性能在载人航天领域发挥着重要作用，但在极端复杂环境下易发生腐蚀，威胁着设备使用安全。而传统有机涂层只能起到被动防护作用，一旦涂层受损失效，将发生严重的局部腐蚀，且难以解决抗菌、阻燃、疏尘等难题，亟须研制具有高性能、多功能涂层材料，提高载人舱运行的可靠性。

涂界记者4月10日获悉，由北京石油化工学院新材料与化工学院表层改性与先进功能材料器件团队与北京卫星制造厂有限公司联合研发的“适用于载人密封舱的防腐杀菌热控涂层技术”解决了这一系列难题，并于日前获得2023年度中国腐蚀与防护学会科学技术奖一等奖。该项目成果整体达到国际先进水平，在防腐与抗菌的技术指标方面居国际领先水平。

该项目成果主要科技内容与技术指标如下：1、发明了基于高配位双分子亲核加成有机-无机三维交联防腐抗菌双效耦合机制的载人舱内长效防腐抗菌涂层TAC-01，突破载人舱内低挥发-透明-防腐抗菌多功能约束实现技术，涂层盐雾性能优于480h、湿热性能优于500h、防霉等级优于1级、抗菌率≥90%，阻燃和真空质损、可凝挥发物满足舱段级实施及载人密封舱内使用要求；

2. 提出了离子液体/螯合剂辅助高耐蚀转化膜预处理-自交联的超薄热控膜层复合构建方法，开发了适用于镁合金空间载人舱内应用的TAC-02防腐热控涂层，突破涂层在镁合金表面成膜性能差、易开裂等难题，拓宽了防腐涂层的基材适用性，同时具有优异的热控性能，涂层面密度≤20g/m2，半球发射率εH≥0.85，耐盐雾性能≥96h，耐湿热性能≥240h；

3. 构建了具有“低粘附表面+微纳分形结构”的双效疏月尘防护涂层TAC-03，解决了舱段级长效广谱抗菌、高效长寿命防腐-热控一体化、极端环境疏尘等难题，月尘清除效能较未实施涂层提升50%，往复摩擦20次清除效能≥70%，同时经5000ESH真空-紫外辐照后疏尘效率≥80%，实现了涂层疏尘抑尘、强耐磨性和空间环境适应性的长效结合。

据项目牵头人、北京石油化工学院新材料与化工学院副教授张优介绍，现阶段，我国远距离、长周期的深空探测、载人航天等任务面临的环境愈加复杂，对新一代载人航天器长寿命、轻量化制造带来新的挑战，亟须研制具有高性能、多功能涂层材料以提高载人舱运行可靠性。在此背景下，项目组主要针对两大方向进行了技术攻关。一是载人舱内应用的抗菌、阻燃、环保、疏尘等多功能透明涂层，二是可在沿海高盐雾气候下应用的防腐涂层。

“空间站、载人登月等航天器密封舱都在海南发射，在航天器制造、运输及储存阶段将面临高温、高湿、高盐雾等气候，恶劣的海洋性腐蚀环境增加了载人舱段铝合金焊缝区域以及镁/镁锂合金等金属基材的腐蚀风险。另外，微生物会对空间站设备及材料造成严重腐蚀。除了满足防腐外，舱内涂层还需满足阻燃、抗菌、环保、透明等功能。”张优解释道。

对此，项目组分别研制出三种针对性极强的 TAC 系列功能涂层，以优化载人舱性能，提高使用寿命，保障人员安全。相比于传统被动防护涂层，这三种针对性极强的主动防护涂层，可自主感知环境变化实现自调节、自修复等特殊功能，以适应外界复杂环境变化，增强涂层的防护能力和使用寿命。该项目组研发的涂层已应用于空间站舱段、舱门、镁合金结构机箱和支架等全部需要防护的舱内结构件，以及新一代载人飞船框段等。

其中，TAC-01载人舱内长效防腐抗菌涂层，突破了人舱内长效防腐抗菌涂层载人舱内低挥发—透明—防腐抗菌多功能约束实现技术，解决了载人密封舱长寿命防腐抗菌难题；TAC-02镁合金舱内防腐热控涂层，突破了镁合金舱内应用表面超薄膜层防腐、高发射率协同控制技术，解决了涂层在空间高低温环境下韧性差、易开裂，在镁合金表面成膜性能差等难题；TAC-03月尘防护涂层，突破了月面极端环境的细 粒径月尘高效被动清除技术，解决了涂层高月尘清除效能/高月面环境适应性协同、涂层可见光透过率/耐磨性能综合调控等难题，实现了涂层疏尘抑尘、低黏附、抗菌、强耐磨性和耐蚀性的长效结合。

该项目突破了“载人舱内低挥发-透明-防腐抗菌多功能约束实现”、“镁合金舱内应用表面超薄膜层长效防腐、高发射率协同控制”、“月面极端环境的细粒径月尘高效被动清除”等关键技术，解决了舱段级长效广谱抗菌、高效长寿命防腐-热控一体化、极端环境疏尘等难题，整体达到国际先进水平，特别是在防腐与抗菌技术方面处于国际领先水平。

该项目成果针对载人密封舱透明长效防腐、抗菌、热控、疏尘等功能需求，设计开发TAC系列功能涂层技术（TAC-01载人舱内长效防腐抗菌涂层；TAC-02镁合金防腐热控涂层；TAC-03月尘防护涂层），完成国际首次载人密封舱内应用防腐抗菌涂层产品研制和应用，共发表中英文论文26篇（其中SCI论文20篇），申请专利16件，授权8件，对载人航天涂层技术体系的丰富和发展具有重大的意义，为载人密封舱段轻量化设计和长寿命、高可靠应用提供了技术支撑。

该项目成果所研制的防腐-杀菌-热控涂层体系，已经应用于空间站舱段、舱门、镁合金结构机箱和支架等全部需要防护的舱内结构件，以及新一代载人飞船框段等，解决了我国载人航天的迫切需求，推动了我国载人航天事业技术进步与发展，具有显著的经济和社会效益；同时可推广应用于航天器本体结构、机箱、支架、直属件等，地面武器装备、机载、弹载产品及其他民用领域，具有显著的经济和社会效益。

据了解，“中国腐蚀与防护学会科学技术奖”是经国家科技奖励工作办公室批准、在国家奖励主管部门注册备案的中国腐蚀与防护学会设置的权威奖项，授予在腐蚀与防护科学研究和技术开发活动中完成的重大科学技术工程、计划、项目或重大技术发明的项目。（涂界）