本文来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：董凯辉、宋影伟，封面：东方IC

说到侵蚀，人人能够其实不生疏，它时时刻刻都在发作。比方：厨房铁锅会生锈，碳酸饮料会侵蚀牙齿，街道上的护栏风化开裂等等。

铁质水管的侵蚀（图片泉源：veer图库）

有人能够会问，太空是高真空状况、没有水的存在，航天器应当不会像地球上那样被侵蚀吧？但使人意想不到的是，与“温柔”的地球状况比拟，实在的太空对航天器的“外套”要挟更大。

好比，“和平号”空间站作为美俄国际空间站协作设计的一部分，是前苏联制作的第一个轨道空间站（苏联崩溃后归俄罗斯）。据统计，它现实在轨事情的十多年时候里，共发作近2000处毛病，个中70%的外体遭到侵蚀。

前苏联研制的和平号空间站（图片泉源自新华网）

那末，究竟是甚么缘由构成太空中航天资料的侵蚀呢？航天器又有甚么“防腐”窍门呢？

甚么是侵蚀？

侵蚀是指资料与状况间的物理和化学相互作用，使资料机能发作变化，致使资料、状况及其组成体系遭到毁伤。

狭义上讲，侵蚀指金属资料在特定状况前提下的失效形状，比方铁在大气中的生锈等。但从广义上来讲，塑料、陶瓷、混凝土和木料等非金属资料由化学作用使其斲丧或损坏也属于资料侵蚀的范畴，比方，涂料和橡胶由于阳光或许化学物质的作用激发蜕变，老化等。

根据回响反映进程，侵蚀可分为电化学侵蚀和化学侵蚀两类。一样平常，在状况中有水介入的前提下，侵蚀恪守电化学动力学基本规律，属于电化学侵蚀范畴。由于地球大气中广泛含有水，化工生产中也常常处置惩罚种种水溶液，因此，电化学侵蚀是地球上最常见的侵蚀范例；当资料处于无水前提下，状况中的气体份子或原子会优先在资料外面吸附，并经由过程化学回响反映构成资料的侵蚀，称为化学侵蚀。

航天器处于真空、无水的太空状况中，重要以化学侵蚀为主。

太空侵蚀三大杀手

太空中构成航天器侵蚀的缘由重要有三个：辐射、氧、温度。

1. 辐射

太空到处都存在着人类肉眼所看不见的宇宙辐射。它既包孕宇宙大爆炸后所残留的热辐射，同时也包孕其他天体向外开释的电磁波、高能粒子以至是宇宙射线。

由于地球磁场与大气层对宇宙辐射的偏折和吸取作用，才能包管人类在地球上的一样平常生涯。然则，一旦离开二者的珍爱，完整暴露在这类强辐射状况中，即就是衣着厚重的宇航服，也不克不及完整制止宇宙辐射对人体的危险。面对太空中云云高强度的辐射，航天器也会“深受其害”。

宇宙辐射示意图（图片泉源:百度百科）

太阳所开释的紫外线辐射是激发航天器侵蚀失效的缘由之一。只管紫外线只占太阳光的5%摆布，然则能量却很大。太空中，由于缺乏地球磁场及大气层的“珍爱屏障”，航天器外面的高份子资料在吸取紫外线后会激发聚合物的自我氧化、降解。

别的，波长为300nm的紫外线中的单个光子所具有的能量约为399kJ·mol,这一能量大于聚合物中重要的化学键的键能：C-C（347 kJ·mol）、C-N（305 kJ·mol）、C-S（259 kJ·mol），因此，紫外光的能量足以使这些化学键断裂，从而致使聚合物资料机能的急剧下降。因此，为了尽量的减弱太阳辐射对航天器的影响，人类航天义务的发射以至会锐意避开太阳耀斑运动频仍的时候周期。

2. 氧

航天器方才离开地球外面大气层的珍爱时，起首打仗的就是低地球轨道状况（间隔地球200km-700km），该地区所处的剩余大气中，氧含量约占总组分的80%。

剩余大气中的原子氧（图片泉源:搜狐网）

尽人皆知，氧元素是构成资料侵蚀加速的重要前提。而在太阳短波辐射的光致剖析作用下，氧份子转变为高活性的原子氧，由于处于高真空及极低的气体总压状态下，氧原子与其他粒子发作碰撞的概率很小，致使氧原子很难再次复合成份子态。

当高速运转的航天器与原子氧发作猛烈的磨擦、碰撞时，航天器外面的聚合物资料会发作高温氧化回响反映，使其电学、光学和机械机能等方面发作退步，以至会激发显着的剥蚀效应，严峻影响航天器的运转平安。

3. 温度

在航天器的太空游览中，除要面对宇宙辐射及原子氧的要挟外，还须要接收极其“刻薄”的温度应战。

自宇宙大爆炸起，太空中的温度便最先逐步下降，在阅历了150多亿年的演化后，现在的太空正处于极寒的状况中，平均温度只有约-270.3℃。

然则，真空状况中，由于缺乏氛围的传热和散热，航天器外面受阳光直接照耀的一面，其温度将高达100℃以上，而阳光照耀不到的一面，温度则可低至-200℃。

这类极度的温度前提和大幅度的冷热交变会影响资料的应力，并能够构成航天器“外套”的断裂、分层以至脆化，极大的收缩其平安服役寿命。

另外，宇宙中各星体都有其各自的演化进程，致使分歧星球上的状况也是千差万别。航天器在其他星球上实行探测义务时，也须要斟酌分歧星球的实在状况，极能够会有侵蚀性离子的存在。以金星为例，作为间隔我们地球近来的一颗行星，它的巨细、体积、分量与地球异常靠近，被称为地球的“姐妹星”。然则，金星厚厚的大气层中含有强侵蚀性的硫化物，其与氧原子和水蒸气发作回响反映会构成硫酸，比年的酸雨会加速航天器的侵蚀。

防腐秘籍：资料+涂层

在云云庞杂的太空状况中，航天器的侵蚀基础没法制止。有关数据显现，一架航天飞机的维修本钱以至远高于其制作本钱和发射本钱，个中，由于侵蚀所构成的维修本钱占很大的比重。因此，接纳科学的手腕抑止航天器在太空中的侵蚀题目势在必行。

起首就是挑选和生长耐热、耐极低温、耐热震、抗疲劳、抗侵蚀、比重低的高机能资料。在世界各国的科学家的不懈的勤奋探究下，多种高机能资料不断涌现。

比方碳纤维或硼纤维加强的环氧树脂基复合资料、金属基复合资料等的运用，能够大幅进步航天资料的耐高温、耐磨擦、耐侵蚀机能；接纳抗氧化机能更好的碳-碳复合资料、陶瓷隔热瓦等特别资料能够有用处理防热题目；铝、镁等轻合金具有密度低、比强度高级特性，能够减轻航天器的构造分量，下降发射本钱。

另外，连系分歧资料的用处及其现实服役状况，接纳适宜的外面处置惩罚手艺也非常重要。由于机能优秀的防护涂层不只能够延伸航天器的运用寿命，节约维修本钱，同时也能够进步航天资料的功能性，个中包孕隔热性、导电性、电磁屏障性等。

与地面设备外面防护分歧的是，由于有机涂层在真空状况中会涌现放气、老化零落等一系列题目，航天资料一样平常不会运用有机涂层举行防腐，而重要接纳的外面手艺包孕化学/电化学堆积、化学/电化学氧化、无机涂层和特种薄膜制备等等。

比方，航天器中的铝合金在运用阳极氧化外面处置惩罚后能够使其外面硬度、耐磨性与耐侵蚀机能加强，同时，该阳极氧化膜层外面存在大批的微孔，可用于吸附种种润滑剂，合适制作航天器动力体系气缸或其他耐磨零件。

“嫦娥”奔月时，穿了甚么外套？

登录月球的嫦娥四号探测器（图片泉源:新华网）

镁合金，作为地球上最轻的金属构造资料，拥有比强度高、导电性强、电磁屏障性好等长处，在航天范畴的运用上具有天赋的上风。为了完成减重，我们熟知的神州、天宫、嫦娥等系列航天器中，均大批运用镁合金。

以2018年12月发射的“嫦娥四号”探测器为例，个中，探月雷达、月球车巡查器、着陆器上许多重要电子设备的箱体构造所接纳的就是镁合金，重要应用其减重、导电及优秀的电磁屏障机能，能够有用的减弱外界电磁场对中心电路体系的滋扰。但镁合金化学性质生动，耐蚀性差，以至在地面寄存时期便会涌现严峻的侵蚀。因此，必需接纳公道的外面处置惩罚方式，在知足其导电性及电磁屏障机能的基础上，有用进步其耐侵蚀才能。

中国科学院金属研讨所在这方面做了许多事情，科研团队自立研发的镁合金镀层具有防腐、导电、电磁屏障等多功能性，知足了航天器多少的运用请求，并在天宫、嫦娥等多个型号的航天器上运用。下图是嫦娥四号上运用的外面处置惩罚后的镁质航天器部件。

嫦娥四号用镁质航天器部件导电涂层展现（图片泉源：作者供应）

结语

侵蚀是全人类配合面对的题目，侵蚀带来的负面影响弗成小觑。现在，侵蚀价值以至大于一切自然灾害丧失的总和。

侵蚀对现代工业构成的严峻损坏，其直接丧失及歇工、停产等间接丧失都是难于预计的，以至会危及人类的性命及产业平安，因此接纳有用的防护步伐势在必行。

在分歧状况中，即使一样的资料，侵蚀状况也会千差万别。因此，研讨太空状况中的侵蚀题目，有助于人类研讨在庞杂状况中的侵蚀机理，接纳针对性的防护步伐，有利于削减因侵蚀构成的经济丧失，这对国度的经济建设有着非常严重的现实意义。

本文来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：董凯辉、宋影伟

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