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    研究空間原子氧輻照對厚壁不銹鋼管性能的影響
    雙擊自動滾屏 發布者:管理員 發布時間:2018/7/28 閱讀:1366次 【字體:

    研究空間原子氧輻照對厚壁不銹鋼管性能的影響

    研究空間原子氧輻照對厚壁不銹鋼管性能的影響。方法將厚壁不銹鋼管試樣置于束流密度為2.5×1016atoms/(cm2·s)的原子氧束中進行輻照試驗,最長輻照時間為300min。研究隨輻照時間增加,試樣質量、光學性能、接觸角、耐磨性能、耐腐蝕性能的變化。結果原子氧輻照后,厚壁不銹鋼管表面生成氧化物質量增加;隨輻照時間增加,試樣光譜反射系數呈下降趨勢,太陽吸收比增加;原子氧作用導致厚壁不銹鋼管接觸角增大,耐磨性能提高,耐腐蝕性能下降。結論得到的厚壁不銹鋼管原子氧環境效應數據,可為其在低軌航天器上的應用提供理論基礎。

    低地球軌道(lowearthorbit,LEO)指距地球表面200~700km的軌道空間,原子氧是低地球軌道環境大氣的主要組分,是氧分子在太陽輻射的光致解離作用下產生的。原子氧與航天器材料相互作用可造成材料的剝蝕,并導致材料性能的退化,進而影響飛行器的正常工作。自20世紀80年代以來,美國宇航局(NASA)、歐空局等借助空間站、航天飛機等廣泛開展了空間搭載試驗,并進行了地面模擬試驗研究,積累了大量空間材料原子氧效應試驗數據。研究結果表明,原子氧是導致低軌航天器用材料失效的主要原因。

    厚壁不銹鋼管是航空航天常用材料之一,它具有高耐腐蝕性[5—9]、高塑性,良好的焊接性能[10]。目前,國內外關于原子氧對厚壁不銹鋼管影響的數據非常少,為了保證航空航天特殊使用時厚壁不銹鋼管的可靠性,有必要對厚壁不銹鋼管的原子氧效應進行深入研究。因此,文中以201型普通奧氏體厚壁不銹鋼管(牌號為1Cr17Mn6Ni5N)為例,研究了原子氧作用對厚壁不銹鋼管性能的影響,可為航天器空間環境效應防護設計提供技術支撐。

    1試驗方法

    原子氧輻照試驗在射頻源原子氧地面模擬設備上進行,射頻源原子氧裝置由進氣口、水冷系統、石英玻璃管、接線電極、感應線圈等幾部分組成。其原理就是利用射頻感應耦合放電使進入石英玻璃管的氧氣離化,在真空室內產生均勻的、大通量的氧等離子體[11]。這種設備是原子氧地面模擬設備中最簡單的一類,即氧等離子體設備[12],它不追求束流的品質,而是追求其產生大通量、低能量的原子氧束,利用這種束流進行材料的加速輻照試驗,來獲取原子氧與材料相互作用的數據。文獻[13]研究表明,該類設備產生的氧等離子體中主要成分為中性的原子氧。因此,可以用該設備來進行原子氧地面模擬試驗,以描述原子氧對材料的損傷效應及材料的耐原子氧剝蝕行為。具體試驗參數見表1。試驗材料為1Cr17Mn6Ni5N厚壁不銹鋼管,試樣尺寸為40mm×30mm×1mm。在原子氧輻照試驗前,所有試樣在無水乙醇中超聲清洗20min,以去除試樣表面污染物,然后進行初始性能測試。





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