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蒲吉斌:為“大國重器”披“鎧甲”

2024-10-14 中國科學報 張楠
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蒲吉斌(中)與團隊研討技術問題。中國科學院寧波材料技術與工程研究所供圖

“工作到后半夜,好不容易躺在折疊床上休息,卻根本睡不著。閉上眼睛,腦子里還是涂層研制中遇到的各種問題?!敝袊茖W院寧波材料技術與工程研究所研究員蒲吉斌坦言,每次承擔科研攻關任務,壓力都非常大。

“但壓力就是動力。在科研攻關中遇到困難挫折是常事,要迎難而上?!逼鸭笳f,“國家相信我們,給予各種資源,因此再難我們也要不辱使命?!?/p>

蒲吉斌和團隊致力于研發在苛刻環境下堅不可摧的表面涂層。他們成功實現了我國快堆核心部件表面防護材料技術的國產化和自主可控,并建設了工程化平臺,實現了高性能防護涂層的工程化應用,保障了我國許多“大國重器”工程的順利實施。

擔當

2015年初,蒲吉斌接到一個電話,中國原子能研究院(以下簡稱原子能院)向他咨詢反應堆安全服役的專業技術。正是這通電話,將蒲吉斌的研究生涯與核電快堆聯系起來。

第四代核能鈉冷快堆具有快中子通量高、運行溫度范圍寬的特點,能夠解決目前核能發展過程中存在的鈾資源不足和核廢料處理難的問題,是我國核能發展“三步走”戰略——“熱堆—快堆—聚變堆”的重要階段,將緩解能源危機,實現綠色可持續發展。

在250℃~650℃的高溫液態金屬腐蝕以及中子輻照、摩擦磨損等極端工作環境中,核心組件的可靠性和壽命關系著整個反應堆能否安全服役。

掛掉電話,蒲吉斌立刻意識到這里蘊含核能領域的一項重大需求——強韌耐蝕抗輻照特種涂層。但此前,我國在這一領域幾乎沒有技術積淀。

要確??於押诵慕M件高安全可靠運轉40年,傳統的潤滑、耐磨、耐蝕涂層都無法滿足要求。在快堆特種高溫合金構件表面,可控地制備出能夠滿足高安全服役需求的涂層,成為我國自主建設首座示范快堆的關鍵技術要求。

經過與原子能院近兩年的技術溝通,蒲吉斌團隊在2016年末爭取到“涉鈉設備表面處理及涂層研發”合同,開啟了四代核能技術的相關研究。

2019年,該團隊研制出國內首臺液鈉環境摩擦試驗系統,在國際上首次報導了涂層在高溫液鈉中長期服役的結構演變和性能,提出液鈉中高穩定相的設計準則,并發展出稀土調控和復合熱擴滲技術,成功突破快堆合金表面特殊相結構涂層的強韌耐蝕抗輻照一體化瓶頸,研發出6種快堆合金的涂層工藝,通過了6000小時液鈉相容性考核。

攻堅

2020年2月,蒲吉斌團隊又承擔了示范快堆31根動導管的表面防護涂層工程化制備任務。

這是一項必須按快堆工程整體建設節點完成、只許成功不許失敗的任務。

為保證按時合格交付任務,蒲吉斌還立下了“軍令狀”?!白隹蒲芯鸵铱杏补穷^,并能啃下硬骨頭?!彼f。

示范快堆控制棒驅動系統的動導管長2.7米,是保障控制棒驅動機構可靠工作的重要組件,也是典型的大長徑比薄壁異型管,不僅要經受高溫液鈉的強腐蝕和輻照,同時還存在控制棒的沖擊磨損,是堆內工況環境最苛刻的重要部件。彼時國內連滿足要求的工程化設備都沒有。

蒲吉斌帶領團隊從“零”開始,多方調研,不到一年就建成了具有自主知識產權的高溫真空復合熱擴滲工程化裝備。

然而,在距離任務交貨期僅幾個月的關口,發生了新冠疫情。蒲吉斌和團隊主動請纓回到封控區內的試驗場所持續攻關,確保每個環節和細節都萬無一失。

他們很快迎來工程化驗證的關鍵時刻。但蒲吉斌甲狀腺出了問題,要立刻做手術。直到手術前一天的夜晚,他還在處理事務,術后剛能坐起來就又開始辦公。

經過4個月的高強度攻堅,他們最終突破從材料、工藝、設備到工程化的全鏈條關鍵技術,成功解決了動導管表面涂層制備的控型控性工程化難題,確保了項目如期完成,為我國首座示范快堆核心組件的國產化應用作出了重要貢獻。

征途

憑著堅韌不拔的意志,蒲吉斌接連承擔苛刻環境特種防護材料攻關任務,研制出抗熱腐蝕、抗磨蝕、高溫阻氫等系列特種功能涂層,解決了航空航天、核能及海洋裝備重要型號關鍵部件的損傷防護與延壽難題,為“大國重器”披上堅不可摧的“鎧甲”。

“我們考慮,能夠應用于長壽命航天器的新一代空間功能涂層,也要能面向濱海航天發射以及未來海上發射的場景,以及深空探測、探月、探火等場景?!逼鸭笳f。

他以我國空間站太陽能柔性電池翼為例,指出太陽翼伸展機構的低摩擦功能涂層在面對濱海發射的高濕熱環境時,需要具有可靠的環境適應性;長期在軌運行期間,要能夠抵御高劑量原子氧的輻照。

通過功能元素復合調控、納米多層精細結構構筑及晶體取向的精準控制,蒲吉斌帶領團隊解決了空間特種功能涂層在海洋高濕熱環境和空間原子氧輻照下的性能劣化以及早期失效難題。他們研發的海洋環境適應性抗輻照低摩擦涂層通過了發射場環境暴露適應性測試、全壽期高劑量原子氧加速輻照試驗及熱真空疲勞壽命試驗,已經成功應用于中國空間站柔性太陽翼伸展機構2萬余個部件。

新一代空間功能涂層確保了我國空間站太陽翼在10年以上的在軌服役期間,“張弛有度,收放自如”且“萬無一失”。

一路走來,蒲吉斌帶領團隊始終聚焦國家需求,不斷變化研究方向,從空天走向海洋、從臨海進入深遠海,逐步形成了一支面向高技術領域的材料損傷防護與特種功能材料創新攻關團隊。

“科研工作不僅要追求知識的積累,更重要的是解決實際問題,服務于國家的需要?!彼M@份責任感與使命感能代代傳承。

(原載于《中國科學報》?2024-10-14?第3版?綜合)

打印 責任編輯:梁春雨

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