3月10日，國家科學技術獎勵工作辦公室發(fā)布了“國家科學技術獎勵工作辦公室公告第86號”稱，2017年度國家科學技術獎推薦工作已經(jīng)結(jié)束，該辦共收到有關單位和專家推薦的國家自然科學獎項目209項，技術發(fā)明獎項目261項(通用項目211項，專用項目50項)，科學技術進步獎項目603項（通用項目487項，專用項目116項）。

　　陜鎂電商注意到，根據(jù)《國家科學技術獎勵工作辦公室關于2017年度國家科學技術獎推薦工作的通知》（國科獎字〔2016〕41號）的規(guī)定，中國科學院金屬研究所申報的“鎂合金的腐蝕防護及提高使役性能的關鍵技術”項目擬推薦為國家技術發(fā)明獎二等獎。

　　項目名稱

　　鎂合金的腐蝕防護及提高使役性能的關鍵技術

　　推薦單位意見

　　該項目針對腐蝕性能差、服役性能不穩(wěn)定等制約鎂合金工程化應用的關鍵技術瓶頸問題，經(jīng)過10余年的研究和積累，（1）發(fā)明了鎂合金系列防護技術：首次獲得具有良好鈍化效果的無鉻轉(zhuǎn)化膜、高性能化學鍍和納米化學復合鍍、原位封孔微弧氧化膜，并在汽車和航天部件中應用；發(fā)明具有良好生物活性的可降解涂層。（2）發(fā)現(xiàn)了鎂合金的腐蝕新機制：首次觀察到鎂合金腐蝕過程中氫的形成和陰陽極位置轉(zhuǎn)換過程；發(fā)現(xiàn)納米析出相對腐蝕加速作用有限。（3）發(fā)現(xiàn)了鎂合金服役行為規(guī)律：首次觀察到鎂合金應力腐蝕與氫的關系；首次給出孿晶誘使疲勞裂紋萌生的直接證據(jù)；首次量化出力學/腐蝕相互作用；首次發(fā)現(xiàn)鎂合金宏觀斷角與取向的變化規(guī)律。（4）發(fā)明新型輕質(zhì)、高強、耐高溫和耐蝕的準晶強化鎂合金。授權發(fā)明專利包括美國專利，國外盲評處于國際領先。相關技術已經(jīng)轉(zhuǎn)化到我國企業(yè)，例如在汽車行業(yè)裝車數(shù)百萬輛、解決了我國航天領域的關鍵問題并應用到10余個重要型號數(shù)千件中，社會效益巨大，為我國乃至世界范圍鎂合金應用做出重大貢獻。

　　對照國家技術發(fā)明獎授獎條件，推薦該項目為國家技術發(fā)明獎二等獎。

　　項目簡介

　　本項目系統(tǒng)地開展了鎂合金腐蝕機理、防護技術、提高使役性能的技術方法研究，取得了一系列突破。

　　發(fā)明了具有良好鈍化效果的無鉻環(huán)?；瘜W轉(zhuǎn)化膜及水滑石膜，耐腐蝕性優(yōu)異；發(fā)明了鎂合金原位封孔微弧氧化膜技術、化學鍍Ni-P高性能化技術和納米化學復合鍍技術，耐腐蝕性能成倍提高；發(fā)明了具有良好生物活性且降解速率可控的羥基磷灰石涂層，被國外廣泛引用；發(fā)明了新型輕質(zhì)、高強、耐腐蝕的準晶強化鎂合金及其加工處理制度，解決了強度低和耐蝕性差等瓶頸問題。這些技術發(fā)明來自對鎂合金腐蝕與使役行為的深入研究，包括：首次揭示出鎂合金腐蝕過程中陰、陽極位置的轉(zhuǎn)換過程；發(fā)現(xiàn)鎂合金納米尺度析出相存在有限腐蝕加速作用及稀土鎂合金中第二相獨特的微陽極效應；首次確定出鎂合金的應力腐蝕與氫的關系，揭示出其開裂機制歸因于內(nèi)部形成的氫化物和氫氣壓；首次區(qū)分了腐蝕疲勞過程中變形和腐蝕產(chǎn)生的聲發(fā)射信號數(shù)，并量化了力學/腐蝕相互作用，揭示出點蝕和鑄造缺陷誘使疲勞裂紋萌生的競爭機制，闡明了氫脆是導致鎂合金腐蝕疲勞強度降低的主要原因；首次提供了孿晶誘使疲勞裂紋萌生的直接性證據(jù)，揭示出純靜態(tài)鎂合金在空氣中的疲勞裂紋萌生主要歸因于局部循環(huán)滑移擠入擠出與氧吸附的交互作用引起的不可逆循環(huán)變形；首次揭示出鎂合金的宏觀斷角與取向的變化規(guī)律，證明鎂合金室溫下的變形機制為基面滑移和孿晶。

　　經(jīng)過10多年研究，申請發(fā)明專利24項（授權16項，含美國專利1項），發(fā)表論文170余篇，國際國內(nèi)大會報告和邀請報告40余次。專利技術已轉(zhuǎn)化到企業(yè)，制備的產(chǎn)品已在行業(yè)中批量使用，如汽車部件已裝車數(shù)百萬輛，數(shù)千余部件已經(jīng)在十余個重要航天型號等中使用，產(chǎn)生的社會效益巨大。研究結(jié)果被國際國內(nèi)廣泛認同，論文被SCI他人引用2000余次，在國際鎂行業(yè)中名列前茅。美國能源部項目支持下美國方面組織了國際鎂合金腐蝕防護技術盲評，認定該項目技術處于國際領先地位。

　　客觀評價

　　1. 美國組織的防護技術第三方盲評

　　中國-美國-加拿大國際合作項目“鎂質(zhì)車體前端結(jié)構(gòu)研發(fā)”，研發(fā)結(jié)束前，美國能源部委托的項目辦公室牽頭組織、結(jié)合美國三大汽車公司鎂合金部件的需求，在世界范圍內(nèi)挑選了11家世界知名的鎂合金表面處理單位（包括Henkel、AHC、PPG、Atotech、MacDermid、Circle Prosco、中科院金屬研究所等），他們將鎂合金樣品郵寄給各單位，進行腐蝕防護表面處理后又寄回給他們，用字母標識后，耐蝕性在他們委托的權威單位進行盲評。最終結(jié)果顯示：中科院金屬研究所的轉(zhuǎn)化膜耐蝕性等多種綜合性能處于世界領先地位。美方的評價“the IMR treatment is actually among the best treatments, quite encouraging for the IMR pretreatment”.

　　2. 項目驗收意見評價

　　2005年11月30日，“十五攻關項目課題“鎂合金制品表面防護復合技術研究”專家驗收意見摘錄部分：“研究開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的鎂合金磷酸鹽化學轉(zhuǎn)化膜溶液體系及處理工藝顯著提高了鎂合金表面的耐蝕性能，腐蝕速率僅為0.24mg/cm2/day，達到國際先進水平。該技術可以替代傳統(tǒng)鉻酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理技術，已建成一條中試生產(chǎn)線，具有廣闊的應用前景”

　　3. 技術應用單位評價

　　鎂合金化學鍍鎳技術在航天領域應用，被用戶評價“水平國內(nèi)唯一”。應用單位空間科學與應用研究中心認為：“中科院金屬所提供的高性能鎂合金與腐蝕防護表面處理技術，……克服了鎂合金耐腐蝕性能差的弱點。該鎂合金材料與防護技術實現(xiàn)了材料的物理性能、力學性能、耐腐蝕性能、規(guī)格尺寸和優(yōu)良的切削加工性能的綜合統(tǒng)一。”

　　“金屬所研制的鎂合金材料和鎂合金防腐蝕技術在??等已上天飛行型號上實際應用，證明滿足航天裝備地面環(huán)境及空間環(huán)境的復雜綜合要求。已經(jīng)安全可靠的使用千余件，被列入航天裝備用材料的合格供方。”“我們期望長期合作，為我們后續(xù)的任務繼續(xù)提供先進的獨有技術。”

　　4. 發(fā)表論文的第三方發(fā)表論文的引用評價

　　發(fā)表論文170余篇，被SCI論文他人引用2000余次。國際大會報告和邀請報告40余次，是本領域邀請報告最多的。具體摘錄幾處引用如下：

　　(1)澳大利亞莫納什大學鎂合金腐蝕防護研究知名專家Birbilis等在Corrosion Science論文中多次引用我們發(fā)表的關于鎂合金含鈣磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜成膜機理研究的論文，“磷酸鈣轉(zhuǎn)化膜可以改善鎂基體的耐蝕性[21]”，“基于宋等人[21]的研究結(jié)果建立了pH-log PO43-圖，據(jù)此可以確定不同條件下磷酸鈣鹽的沉積種類”。（文獻21為宋影偉、單大勇、韓恩厚及學生與合作者的論文）

　　(2)中國科學院院士、腐蝕電化學專家曹楚南等在Corrosion Science論文中對我們發(fā)表的關于Mg及Mg合金在干濕循環(huán)交替情況下表面微液滴的形成及擴展的研究工作進行了引用“Chen及其同事[36]利用環(huán)境掃描電子顯微鏡研究了純鎂及鑄態(tài)AZ91鎂合金在干濕循環(huán)交替下表面微液滴的形成、擴展及轉(zhuǎn)變成薄液膜的過程。實驗結(jié)果證實鋁的添加改變了合金的親水性，這也是AZ91鎂合金具有良好的耐腐蝕性能的原因之一”（文獻36為王儉秋、韓恩厚及其學生等合作者的論文）。

　　(3)Georgiza等在Surface and Coatings Technology論文中關于鎂合金多層鎳鍍層的研究，多次引用我們發(fā)表的AZ91鎂合金化學鍍復合鍍層的研究工作，“鎂基體和鍍層間大的電位差容易引起點蝕，研究[4,5]已經(jīng)表明無缺陷涂層的重要意義；“納米陶瓷顆粒吸附在活化膜微孔處，阻止鎳的沉積，導致鍍層差的結(jié)合力[4]”；“添加ZrO和TiO2顆?？梢砸种仆繉雨枠O溶解反應，同時增加涂層的阻擋效應[4,11,19]。（文獻4為宋影偉、單大勇、韓恩厚合作的論文）

　　(4)發(fā)表在Materials Letters上采用電沉積法在鎂合金上制備防護涂層的研究結(jié)果受到廣泛關注，在該領域的知名專家Witte Frank、Nick Birbilis等人對該論文進行了大量引用，單篇總計他引225次，在Web of Science上被標注為高被引論文“，根據(jù)對應領域和出版年中的高引用閾值，到2015年9/10月為止，本高被引論文受到引用的次數(shù)已將其歸入其學術領域中最優(yōu)秀的1%之列”。

　　(5)Liu等在Materials Letters論文中討論AZ91D表面水熱合成法制備水滑石膜生長過程的研究引用了我們發(fā)表的關于AZ31表面Mg-Al水滑石膜原位生長機制的工作，“水滑石膜與眾不同的結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的耐蝕性[29-32]”，“通常，Mg/Al比為3：1的結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定。因此，溶解的鎂和鋁離子首先沉積形成氫氧化鎂和氫氧化鋁，然后原位發(fā)生結(jié)構(gòu)重組，生成更穩(wěn)定的水滑石[32]。（文獻32為宋影偉、單大勇、韓恩厚及學生合作的論文）

　　(6) 澳大利亞著名腐蝕專家Atrens教授等在Corrosion Science論文中討論超純鎂的腐蝕問題時對我們發(fā)表的關于氫對鎂合金在硫酸納溶液中的應力腐蝕開裂行為的影響研究工作進行了多處引用“Chen等[43]發(fā)現(xiàn)在氯化鈉溶液中，氫化鎂對AZ91鎂合金在未施加電位以及在陰極電位區(qū)的腐蝕行為非常重要”；“在充氫的鎂中發(fā)現(xiàn)了氫化鎂[47-50]”；“Chen[48]等發(fā)現(xiàn)氫擴散進入鎂合金基體的前沿，在β相周圍富集進而在其周圍形成氫化鎂”（文獻43，47，48和49為王儉秋、韓恩厚及其學生與合作者的論文）。

　　(7) 英國伯明翰大學Lu等人在研究析出相對Mg-3Zn合金生物腐蝕性影響的論文中多次引用我們發(fā)表的關于第二相在Mg-5Zn合金腐蝕過程的作用一文，“改變第二相的形貌、數(shù)量及分布可以改變鎂合金的耐蝕性[9,10]”，“宋等人報導了T4處理的鎂合金有最好的耐蝕性，而T6處理的鎂合金耐蝕性最差，這是由于大量微小尺度第二相的影響[9]。（文獻9是宋影偉、韓恩厚及合作者的論文）

　　推廣應用情況

　　本項目成果中的兩項發(fā)明專利技術（鎂合金化學轉(zhuǎn)化膜腐蝕防護技術、鎂合金微弧氧化腐蝕防護技術）已經(jīng)轉(zhuǎn)化到企業(yè)中，幫助企業(yè)解決了技術難題，帶來了一定的經(jīng)濟效益（新增產(chǎn)值1700余萬、出口創(chuàng)匯72萬美元）。

　　鎂合金無鉻化學轉(zhuǎn)化膜發(fā)明專利已經(jīng)特許長春一汽使用，解除了企業(yè)由于鎂合金腐蝕導致整體下馬的風險。從2010年開始生產(chǎn)的汽車部件，實現(xiàn)裝車200余萬輛。

　　鎂合金化學鍍發(fā)明專利已經(jīng)在十余個重要航天型號中實際使用了數(shù)千余個部件，包括神州、天宮、嫦娥、玉兔等民口熟知的型號，保障了我國航天型號的順利研發(fā)與服務。已經(jīng)發(fā)射使用5噸多鎂合金部件。項目團隊已經(jīng)是航天部件使用鎂合金的長期供貨單位。這10余個型號中均使用了本項目組的獨有技術。具體包括5個使用單位。即使是同一個型號，不同單位負責著不同的若干個有效載荷，應用的部件沒有任何重復。

　　鎂合金自封孔微弧氧化發(fā)明專利已經(jīng)在若干個重要軍用型號中成功使用，包括保障了我國最大運載火箭長征的成功研發(fā)。

　　減重對于高鐵非常重要。為了實現(xiàn)之，寶鋼與其它公司合作研發(fā)了相關部件，其中的腐蝕防護難題有本項目組完成。鎂合金無鉻轉(zhuǎn)化膜和微弧氧化技術已經(jīng)用于寶鋼研發(fā)的高鐵示范件表面防護中，經(jīng)過兩年多的各類評價，順利通過了考核，即將批量生產(chǎn)。

　　實際上，美國波音公司的鎂合金部件已經(jīng)送到本項目組進行腐蝕防護；美國通用汽車公司的鎂合金部件也送本項目組進行腐蝕防護；韓國的鎂合金委托本項目組開展腐蝕機理和防護研究；歐洲空客公司也送本項目組進行鎂合金和鋁合金部件的腐蝕防護，目前正在評價中。這都表明，本項目組的腐蝕防護技術不僅在國內(nèi)，在國際上已經(jīng)產(chǎn)生了重要影響。

　　主要知識產(chǎn)權證明目錄

　　主要完成人情況

　　1. 韓恩厚 排名第1、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　全面負責項目與項目組。為四個創(chuàng)新發(fā)明點都做出了重要貢獻，特別是提出在鎂合金表面進行無鉻轉(zhuǎn)化膜、納米化學復合鍍、自封空微弧氧化的想法，提出原位研究鎂合金機理的思路。聯(lián)合發(fā)表相關論文160余篇，國際、國內(nèi)會議大會報告和邀請報告分別26次、11次，授權發(fā)明專利16件（含美國1件）。與應用單位研討，使發(fā)明的新技術成功用于我國汽車和航天領域，解決了國家需求。

　　曾獲國家技術發(fā)明二等獎（2006），國家科技進步二等獎（2009），遼寧省科技進步一等獎（2007），遼寧省技術發(fā)明一等獎（2005、2016），遼省科技進步一等獎（2012），均排名第一；何梁何利科技進步獎（2012）、國際Whitney獎（2016）

　　2. 單大勇 排名第2、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　負責完成鎂合金化學鍍鎳、化學轉(zhuǎn)化膜、微弧氧化等技術研發(fā)，以第一或第二發(fā)明人身份獲得相應技術的國內(nèi)發(fā)明專利，并作為第一發(fā)明人獲得美國發(fā)明專利；負責專利技術的應用轉(zhuǎn)化工作，制定了工業(yè)化應用的工藝流程、工藝維護方法，設計了工業(yè)流程生產(chǎn)線及設備定型。對發(fā)明創(chuàng)新點1做出了重要貢獻。

　　曾獲遼寧省技術發(fā)明一等獎（2016），排名第二。

　　3. 宋影偉 排名第3、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　腐蝕機理方面發(fā)現(xiàn)了納米尺度析出相有限腐蝕加速作用及稀土鎂合金中第二相獨特的微陽極效應；發(fā)展了多種新型鎂合金防護技術，包括晶態(tài)無裂紋化學轉(zhuǎn)化膜，化學鍍Ni-P、納米化學復合鍍和多層鍍鎳體系，原位封孔含鈦微弧氧化膜，水滑石膜，提出了各種涂層的形成和失效機制，部分技術工業(yè)化應用；率先發(fā)展了具有良好生物活性且降解速率可控的醫(yī)用鎂合金復合防護體系。對發(fā)明創(chuàng)新點1、2做出了重要貢獻。

　　曾獲遼寧省技術發(fā)明一等獎（2016），排名第三。

　　3. 許道奎 排名第4、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　闡明準晶在鎂合金中的形成機制；成功研制出新型輕質(zhì)、高強、耐蝕和室溫可成型的準晶強化鎂合金。闡明超高周機制下含與不含夾雜物鎂合金疲勞裂紋萌生機制存在的差異，建立鎂合金在超高周疲勞機制下疲勞強度與“缺陷區(qū)”尺寸之間的內(nèi)在聯(lián)系。從宏觀層面上證明了鎂合金室溫下的變形機制。對發(fā)明創(chuàng)新點3、4做出了重要貢獻。

　　曾獲遼寧省技術發(fā)明一等獎（2016），排名第四。

　　4. 王儉秋 排名第5、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　發(fā)現(xiàn)微液滴和水膜在鎂合金表面的擴展動力學；發(fā)現(xiàn)在微液滴形成與擴展過程中氫的形成過程和陰、陽極位置的轉(zhuǎn)換過程，建立了陰、陽極位置轉(zhuǎn)換過程模型；原位觀察到無載荷作用的鎂和鎂合金由于合金內(nèi)部形成的氫化物和氫氣導致的氫致開裂；利用聲發(fā)射技術，區(qū)分鎂合金腐蝕疲勞過程的腐蝕信號和形變信號，通過兩種信號計數(shù)的比例得到力學和化學的交互作用規(guī)律。對發(fā)明創(chuàng)新點2、3做出了重要貢獻。

　　曾獲國家科技進步二等獎（2009，排名第五），遼寧省科技進步一等獎（2012，排名第三），遼寧省技術發(fā)明一等獎（2016），排名第五。

　　5. 柯偉 排名第6、研究員、金屬研究所（工作單位與完成單位）

　　提出和組織開展鎂合金的腐蝕防護研究；帶領同事和學生在鎂合金轉(zhuǎn)化膜防護技術、腐蝕機理、腐蝕疲勞研究方面開展研究，對發(fā)明創(chuàng)新點1、2、3均有重要貢獻。

　　曾獲國家技術發(fā)明獎二等獎（2006，排名第三），國家科學技術進步獎二等獎（2009，排名第三；2012，排名第六），遼寧省技術發(fā)明一等獎（2016，排名第六），遼寧省科技進步一等獎（2012，排名第五），何梁何利科學與技術進步獎（2006）

　　完成人合作關系說明

　　本項目的6名完成人均來自中國科學院金屬研究所。6名完成人來自同一研究團隊。團隊負責人韓恩厚研究員參加了所有課題內(nèi)容，所有專利、論文均有他的署名。團隊人員的分工各有側(cè)重，相關專利和論文等按照具體工作貢獻署名。例如，單大勇研究員負責轉(zhuǎn)化膜與鍍層技術；王儉秋研究員負責腐蝕機理和力學損傷行為研究，是韓恩厚研究員引進“百人計劃”人員，她也是柯偉院士的研究生畢業(yè)；宋影偉博士和許道奎博士是韓恩厚研究員的研究生，從他們的研究生論文開始從事鎂合金相關研究，畢業(yè)后繼續(xù)從事相關工作。柯偉院士倡導和起始鎂合金的腐蝕防護研究工作，并一直指導把關，是韓恩厚的博士后導師。因此，6人有長期的合作關系。