研究空间原子氧辐照对厚壁不锈钢管性能的影响

研究空间原子氧辐照对厚壁不锈钢管性能的影响。方法将厚壁不锈钢管试样置于束流密度为2.5×1016atoms/(cm2·s)的原子氧束中进行辐照试验，最长辐照时间为300min。研究随辐照时间增加，试样质量、光学性能、接触角、耐磨性能、耐腐蚀性能的变化。结果原子氧辐照后，厚壁不锈钢管表面生成氧化物质量增加；随辐照时间增加，试样光谱反射系数呈下降趋势，太阳吸收比增加；原子氧作用导致厚壁不锈钢管接触角增大，耐磨性能提高，耐腐蚀性能下降。结论得到的厚壁不锈钢管原子氧环境效应数据，可为其在低轨航天器上的应用提供理论基础。

低地球轨道（lowearthorbit，LEO）指距地球表面200～700km的轨道空间，原子氧是低地球轨道环境大气的主要组分，是氧分子在太阳辐射的光致解离作用下产生的。原子氧与航天器材料相互作用可造成材料的剥蚀，并导致材料性能的退化，进而影响飞行器的正常工作。自20世纪80年代以来，美国宇航局（NASA）、欧空局等借助空间站、航天飞机等广泛开展了空间搭载试验，并进行了地面模拟试验研究，积累了大量空间材料原子氧效应试验数据。研究结果表明，原子氧是导致低轨航天器用材料失效的主要原因。

厚壁不锈钢管是航空航天常用材料之一，它具有高耐腐蚀性[5—9]、高塑性，良好的焊接性能[10]。目前，国内外关于原子氧对厚壁不锈钢管影响的数据非常少，为了保证航空航天特殊使用时厚壁不锈钢管的可靠性，有必要对厚壁不锈钢管的原子氧效应进行深入研究。因此，文中以201型普通奥氏体厚壁不锈钢管（牌号为1Cr17Mn6Ni5N）为例，研究了原子氧作用对厚壁不锈钢管性能的影响，可为航天器空间环境效应防护设计提供技术支撑。

1试验方法

原子氧辐照试验在射频源原子氧地面模拟设备上进行，射频源原子氧装置由进气口、水冷系统、石英玻璃管、接线电极、感应线圈等几部分组成。其原理就是利用射频感应耦合放电使进入石英玻璃管的氧气离化，在真空室内产生均匀的、大通量的氧等离子体[11]。这种设备是原子氧地面模拟设备中最简单的一类，即氧等离子体设备[12]，它不追求束流的品质，而是追求其产生大通量、低能量的原子氧束，利用这种束流进行材料的加速辐照试验，来获取原子氧与材料相互作用的数据。文献[13]研究表明，该类设备产生的氧等离子体中主要成分为中性的原子氧。因此，可以用该设备来进行原子氧地面模拟试验，以描述原子氧对材料的损伤效应及材料的耐原子氧剥蚀行为。具体试验参数见表1。试验材料为1Cr17Mn6Ni5N厚壁不锈钢管，试样尺寸为40mm×30mm×1mm。在原子氧辐照试验前，所有试样在无水乙醇中超声清洗20min，以去除试样表面污染物，然后进行初始性能测试。