3月10日，国家科学技术奖励工作办公室发布了“国家科学技术奖励工作办公室公告第86号”称，2017年度国家科学技术奖推荐工作已经结束，该办共收到有关单位和专家推荐的国家自然科学奖项目209项，技术发明奖项目261项(通用项目211项，专用项目50项)，科学技术进步奖项目603项(通用项目487项，专用项目116项)。

根据《国家科学技术奖励工作办公室关于2017年度国家科学技术奖推荐工作的通知》(国科奖字〔2016〕41号)的规定，中国科学院金属研究所申报的“镁合金的腐蚀防护及提高使役性能的关键技术”项目拟推荐为国家技术发明奖二等奖。

项目名称：镁合金的腐蚀防护及提高使役性能的关键技术

推荐单位意见：

该项目针对腐蚀性能差、服役性能不稳定等制约镁合金工程化应用的关键技术瓶颈问题，经过10余年的研究和积累，(1)发明了镁合金系列防护技术：首次获得具有良好钝化效果的无铬转化膜、高性能化学镀和纳米化学复合镀、原位封孔微弧氧化膜，并在汽车和航天部件中应用;发明具有良好生物活性的可降解涂层。(2)发现了镁合金的腐蚀新机制：首次观察到镁合金腐蚀过程中氢的形成和阴阳极位置转换过程;发现纳米析出相对腐蚀加速作用有限。(3)发现了镁合金服役行为规律：首次观察到镁合金应力腐蚀与氢的关系;首次给出孪晶诱使疲劳裂纹萌生的直接证据;首次量化出力学/腐蚀相互作用;首次发现镁合金宏观断角与取向的变化规律。(4)发明新型轻质、高强、耐高温和耐蚀的准晶强化镁合金。授权发明专利包括美国专利，国外盲评处于国际领先。相关技术已经转化到我国企业，例如在汽车行业装车数百万辆、解决了我国航天领域的关键问题并应用到10余个重要型号数千件中，社会效益巨大，为我国乃至世界范围镁合金应用做出重大贡献。

对照国家技术发明奖授奖条件，推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。

项目简介：

本项目系统地开展了镁合金腐蚀机理、防护技术、提高使役性能的技术方法研究，取得了一系列突破。

发明了具有良好钝化效果的无铬环保化学转化膜及水滑石膜，耐腐蚀性优异;发明了镁合金原位封孔微弧氧化膜技术、化学镀Ni-P高性能化技术和纳米化学复合镀技术，耐腐蚀性能成倍提高;发明了具有良好生物活性且降解速率可控的羟基磷灰石涂层，被国外广泛引用;发明了新型轻质、高强、耐腐蚀的准晶强化镁合金及其加工处理制度，解决了强度低和耐蚀性差等瓶颈问题。这些技术发明来自对镁合金腐蚀与使役行为的深入研究，包括：首次揭示出镁合金腐蚀过程中阴、阳极位置的转换过程;发现镁合金纳米尺度析出相存在有限腐蚀加速作用及稀土镁合金中第二相独特的微阳极效应;首次确定出镁合金的应力腐蚀与氢的关系，揭示出其开裂机制归因于内部形成的氢化物和氢气压;首次区分了腐蚀疲劳过程中变形和腐蚀产生的声发射信号数，并量化了力学/腐蚀相互作用，揭示出点蚀和铸造缺陷诱使疲劳裂纹萌生的竞争机制，阐明了氢脆是导致镁合金腐蚀疲劳强度降低的主要原因;首次提供了孪晶诱使疲劳裂纹萌生的直接性证据，揭示出纯静态镁合金在空气中的疲劳裂纹萌生主要归因于局部循环滑移挤入挤出与氧吸附的交互作用引起的不可逆循环变形;首次揭示出镁合金的宏观断角与取向的变化规律，证明镁合金室温下的变形机制为基面滑移和孪晶。

经过10多年研究，申请发明专利24项(授权16项，含美国专利1项)，发表论文170余篇，国际国内大会报告和邀请报告40余次。专利技术已转化到企业，制备的产品已在行业中批量使用，如汽车部件已装车数百万辆，数千余部件已经在十余个重要航天型号等中使用，产生的社会效益巨大。研究结果被国际国内广泛认同，论文被SCI他人引用2000余次，在国际镁行业中名列前茅。美国能源部项目支持下美国方面组织了国际镁合金腐蚀防护技术盲评，认定该项目技术处于国际领先地位。

客观评价：

1. 美国组织的防护技术第三方盲评

中国-美国-加拿大国际合作项目“镁质车体前端结构研发”，研发结束前，美国能源部委托的项目办公室牵头组织、结合美国三大汽车公司镁合金部件的需求，在世界范围内挑选了11家世界知名的镁合金表面处理单位(包括Henkel、AHC、PPG、Atotech、MacDermid、Circle Prosco、中科院金属研究所等)，他们将镁合金样品邮寄给各单位，进行腐蚀防护表面处理后又寄回给他们，用字母标识后，耐蚀性在他们委托的权威单位进行盲评。最终结果显示：中科院金属研究所的转化膜耐蚀性等多种综合性能处于世界领先地位。美方的评价“the IMR treatment is actually among the best treatments, quite encouraging for the IMR pretreatment”.

2. 项目验收意见评价

2005年11月30日，“十五攻关项目课题“镁合金制品表面防护复合技术研究”专家验收意见摘录部分：“研究开发的具有自主知识产权的镁合金磷酸盐化学转化膜溶液体系及处理工艺显著提高了镁合金表面的耐蚀性能，腐蚀速率仅为0.24mg/cm2/day，达到国际先进水平。该技术可以替代传统铬酸盐化学转化处理技术，已建成一条中试生产线，具有广阔的应用前景”

3. 技术应用单位评价

镁合金化学镀镍技术在航天领域应用，被用户评价“水平国内唯一”。应用单位空间科学与应用研究中心认为：“中科院金属所提供的高性能镁合金与腐蚀防护表面处理技术，……克服了镁合金耐腐蚀性能差的弱点。该镁合金材料与防护技术实现了材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能、规格尺寸和优良的切削加工性能的综合统一。”

“金属所研制的镁合金材料和镁合金防腐蚀技术在??等已上天飞行型号上实际应用，证明满足航天装备地面环境及空间环境的复杂综合要求。已经安全可靠的使用千余件，被列入航天装备用材料的合格供方。”“我们期望长期合作，为我们后续的任务继续提供先进的独有技术。”

4. 发表论文的第三方发表论文的引用评价

发表论文170余篇，被SCI论文他人引用2000余次。国际大会报告和邀请报告40余次，是本领域邀请报告最多的。具体摘录几处引用如下：

(1)澳大利亚莫纳什大学镁合金腐蚀防护研究知名专家Birbilis等在Corrosion Science论文中多次引用我们发表的关于镁合金含钙磷酸盐转化膜成膜机理研究的论文，“磷酸钙转化膜可以改善镁基体的耐蚀性[21]”，“基于宋等人[21]的研究结果建立了pH-log PO43-图，据此可以确定不同条件下磷酸钙盐的沉积种类”。(文献21为宋影伟、单大勇、韩恩厚及学生与合作者的论文)

(2)中国科学院院士、腐蚀电化学专家曹楚南等在Corrosion Science论文中对我们发表的关于Mg及Mg合金在干湿循环交替情况下表面微液滴的形成及扩展的研究工作进行了引用“Chen及其同事[36]利用环境扫描电子显微镜研究了纯镁及铸态AZ91镁合金在干湿循环交替下表面微液滴的形成、扩展及转变成薄液膜的过程。实验结果证实铝的添加改变了合金的亲水性，这也是AZ91镁合金具有良好的耐腐蚀性能的原因之一”(文献36为王俭秋、韩恩厚及其学生等合作者的论文)。

(3)Georgiza等在Surface and Coatings Technology论文中关于镁合金多层镍镀层的研究，多次引用我们发表的AZ91镁合金化学镀复合镀层的研究工作，“镁基体和镀层间大的电位差容易引起点蚀，研究[4,5]已经表明无缺陷涂层的重要意义;“纳米陶瓷颗粒吸附在活化膜微孔处，阻止镍的沉积，导致镀层差的结合力[4]”;“添加ZrO和TiO2颗粒可以抑制涂层阳极溶解反应，同时增加涂层的阻挡效应[4,11,19]。(文献4为宋影伟、单大勇、韩恩厚合作的论文)

(4)发表在Materials Letters上采用电沉积法在镁合金上制备防护涂层的研究结果受到广泛关注，在该领域的知名专家Witte Frank、Nick Birbilis等人对该论文进行了大量引用，单篇总计他引225次，在Web of Science上被标注为高被引论文“，根据对应领域和出版年中的高引用阈值，到2015年9/10月为止，本高被引论文受到引用的次数已将其归入其学术领域中最优秀的1%之列”。

(5)Liu等在Materials Letters论文中讨论AZ91D表面水热合成法制备水滑石膜生长过程的研究引用了我们发表的关于AZ31表面Mg-Al水滑石膜原位生长机制的工作，“水滑石膜与众不同的结构使其具有优异的耐蚀性[29-32]”，“通常，Mg/Al比为3：1的结构最为稳定。因此，溶解的镁和铝离子首先沉积形成氢氧化镁和氢氧化铝，然后原位发生结构重组，生成更稳定的水滑石[32]。(文献32为宋影伟、单大勇、韩恩厚及学生合作的论文)

(6) 澳大利亚著名腐蚀专家Atrens教授等在Corrosion Science论文中讨论超纯镁的腐蚀问题时对我们发表的关于氢对镁合金在硫酸纳溶液中的应力腐蚀开裂行为的影响研究工作进行了多处引用“Chen等[43]发现在氯化钠溶液中，氢化镁对AZ91镁合金在未施加电位以及在阴极电位区的腐蚀行为非常重要”;“在充氢的镁中发现了氢化镁[47-50]”;“Chen[48]等发现氢扩散进入镁合金基体的前沿，在β相周围富集进而在其周围形成氢化镁”(文献43，47，48和49为王俭秋、韩恩厚及其学生与合作者的论文)。

(7) 英国伯明翰大学Lu等人在研究析出相对Mg-3Zn合金生物腐蚀性影响的论文中多次引用我们发表的关于第二相在Mg-5Zn合金腐蚀过程的作用一文，“改变第二相的形貌、数量及分布可以改变镁合金的耐蚀性[9,10]”，“宋等人报导了T4处理的镁合金有最好的耐蚀性，而T6处理的镁合金耐蚀性最差，这是由于大量微小尺度第二相的影响[9]。(文献9是宋影伟、韩恩厚及合作者的论文)

推广应用情况：

本项目成果中的两项发明专利技术(镁合金化学转化膜腐蚀防护技术、镁合金微弧氧化腐蚀防护技术)已经转化到企业中，帮助企业解决了技术难题，带来了一定的经济效益(新增产值1700余万、出口创汇72万美元)。

镁合金无铬化学转化膜发明专利已经特许长春一汽使用，解除了企业由于镁合金腐蚀导致整体下马的风险。从2010年开始生产的汽车部件，实现装车200余万辆。

镁合金化学镀发明专利已经在十余个重要航天型号中实际使用了数千余个部件，包括神州、天宫、嫦娥、玉兔等民口熟知的型号，保障了我国航天型号的顺利研发与服务。已经发射使用5吨多镁合金部件。项目团队已经是航天部件使用镁合金的长期供货单位。这10余个型号中均使用了本项目组的独有技术。具体包括5个使用单位。即使是同一个型号，不同单位负责着不同的若干个有效载荷，应用的部件没有任何重复。

镁合金自封孔微弧氧化发明专利已经在若干个重要军用型号中成功使用，包括保障了我国最大运载火箭长征的成功研发。

减重对于高铁非常重要。为了实现之，宝钢与其它公司合作研发了相关部件，其中的腐蚀防护难题有本项目组完成。镁合金无铬转化膜和微弧氧化技术已经用于宝钢研发的高铁示范件表面防护中，经过两年多的各类评价，顺利通过了考核，即将批量生产。

实际上，美国波音公司的镁合金部件已经送到本项目组进行腐蚀防护;美国通用汽车公司的镁合金部件也送本项目组进行腐蚀防护;韩国的镁合金委托本项目组开展腐蚀机理和防护研究;欧洲空客公司也送本项目组进行镁合金和铝合金部件的腐蚀防护，目前正在评价中。这都表明，本项目组的腐蚀防护技术不仅在国内，在国际上已经产生了重要影响。

主要知识产权证明目录

主要完成人情况：

1. 韩恩厚 排名第1、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

全面负责项目与项目组。为四个创新发明点都做出了重要贡献，特别是提出在镁合金表面进行无铬转化膜、纳米化学复合镀、自封空微弧氧化的想法，提出原位研究镁合金机理的思路。联合发表相关论文160余篇，国际、国内会议大会报告和邀请报告分别26次、11次，授权发明专利16件(含美国1件)。与应用单位研讨，使发明的新技术成功用于我国汽车和航天领域，解决了国家需求。

曾获国家技术发明二等奖(2006)，国家科技进步二等奖(2009)，辽宁省科技进步一等奖(2007)，辽宁省技术发明一等奖(2005、2016)，辽省科技进步一等奖(2012)，均排名第一;何梁何利科技进步奖(2012)、国际Whitney奖(2016)

2. 单大勇 排名第2、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

负责完成镁合金化学镀镍、化学转化膜、微弧氧化等技术研发，以第一或第二发明人身份获得相应技术的国内发明专利，并作为第一发明人获得美国发明专利;负责专利技术的应用转化工作，制定了工业化应用的工艺流程、工艺维护方法，设计了工业流程生产线及设备定型。对发明创新点1做出了重要贡献。

曾获辽宁省技术发明一等奖(2016)，排名第二。

3. 宋影伟 排名第3、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

腐蚀机理方面发现了纳米尺度析出相有限腐蚀加速作用及稀土镁合金中第二相独特的微阳极效应;发展了多种新型镁合金防护技术，包括晶态无裂纹化学转化膜，化学镀Ni-P、纳米化学复合镀和多层镀镍体系，原位封孔含钛微弧氧化膜，水滑石膜，提出了各种涂层的形成和失效机制，部分技术工业化应用;率先发展了具有良好生物活性且降解速率可控的医用镁合金复合防护体系。对发明创新点1、2做出了重要贡献。

曾获辽宁省技术发明一等奖(2016)，排名第三。

3. 许道奎 排名第4、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

阐明准晶在镁合金中的形成机制;成功研制出新型轻质、高强、耐蚀和室温可成型的准晶强化镁合金。阐明超高周机制下含与不含夹杂物镁合金疲劳裂纹萌生机制存在的差异，建立镁合金在超高周疲劳机制下疲劳强度与“缺陷区”尺寸之间的内在联系。从宏观层面上证明了镁合金室温下的变形机制。对发明创新点3、4做出了重要贡献。

曾获辽宁省技术发明一等奖(2016)，排名第四。

4. 王俭秋 排名第5、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

发现微液滴和水膜在镁合金表面的扩展动力学;发现在微液滴形成与扩展过程中氢的形成过程和阴、阳极位置的转换过程，建立了阴、阳极位置转换过程模型;原位观察到无载荷作用的镁和镁合金由于合金内部形成的氢化物和氢气导致的氢致开裂;利用声发射技术，区分镁合金腐蚀疲劳过程的腐蚀信号和形变信号，通过两种信号计数的比例得到力学和化学的交互作用规律。对发明创新点2、3做出了重要贡献。

曾获国家科技进步二等奖(2009，排名第五)，辽宁省科技进步一等奖(2012，排名第三)，辽宁省技术发明一等奖(2016)，排名第五。

5. 柯伟 排名第6、研究员、金属研究所(工作单位与完成单位)

提出和组织开展镁合金的腐蚀防护研究;带领同事和学生在镁合金转化膜防护技术、腐蚀机理、腐蚀疲劳研究方面开展研究，对发明创新点1、2、3均有重要贡献。

曾获国家技术发明奖二等奖(2006，排名第三)，国家科学技术进步奖二等奖(2009，排名第三;2012，排名第六)，辽宁省技术发明一等奖(2016，排名第六)，辽宁省科技进步一等奖(2012，排名第五)，何梁何利科学与技术进步奖(2006)

完成人合作关系说明：

本项目的6名完成人均来自中国科学院金属研究所。6名完成人来自同一研究团队。团队负责人韩恩厚研究员参加了所有课题内容，所有专利、论文均有他的署名。团队人员的分工各有侧重，相关专利和论文等按照具体工作贡献署名。例如，单大勇研究员负责转化膜与镀层技术;王俭秋研究员负责腐蚀机理和力学损伤行为研究，是韩恩厚研究员引进“百人计划”人员，她也是柯伟院士的研究生毕业;宋影伟博士和许道奎博士是韩恩厚研究员的研究生，从他们的研究生论文开始从事镁合金相关研究，毕业后继续从事相关工作。柯伟院士倡导和起始镁合金的腐蚀防护研究工作，并一直指导把关，是韩恩厚的博士后导师。因此，6人有长期的合作关系。