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(huán)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(huán)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(huán)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(tǒng)、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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