低地轨道环境中的原子氧对空间材料的侵蚀与防护涂层

介绍了由于原子氧(AO)侵蚀引起的空间材料降变机制 和地面AO模拟技术发展的现状.重点讨论了抗AO侵蚀涂层的性能、材料种类及不同涂层对AO 侵蚀的防护效果.同时分析了该领域未来研究的方向及发展趋势.     

Cu基体上抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层

在原子氧地面模拟设备中对铜片、Al2 O3 涂层试样进行了原子氧暴露实验 ,采用XPS、SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明 :Cu受到原子氧的侵蚀 ,质量有少许增加 ,表面形貌和电学性能有些变化 ;Al2 O3 涂层质量变化很小 ,对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明Cu表面形成CuO氧化物层。反应溅射的Al2 O3 涂层是富Al的 ,初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加 ,随时间延长 ,涂层变得完全符合化学计量     

Cu基体上抗原子氧侵蚀的A12O3涂层

在原子氧地面模拟设备中对铜片、A12O3涂层试样进行了原子氧暴露实验，采用XPS、SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明：Cu受到原子氧的侵蚀，质量有少许增加，表面形貌和电学性能有些变化；A1203涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明Cu表面形成CuO氧化物层。反应溅射的A12O3涂层是富A1的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量。     

空间聚合物基体表面原子氧防护技术研究进展

低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)中,强氧化性、大通量、高能量的原子氧(atomic oxygen,AO)会对航天器表面材料造成极大的破坏。特别是聚合物材料,受AO侵蚀后易氧化降解,造成光学、电学和力学等性能退化,影响航天器的正常工作并缩短其使用寿命。从LEO环境中抗AO侵蚀材料研究的理论基础出发,评述了无机、有机及复合涂层的制备方法和各自的优缺点,目前存在的问题,以及聚合物基体表面涂层开裂与界面剥离失效机理研究的重要性。从目前的研究可以看出,具有自我修复功能的有机或无机功能涂层,以及与原子氧反应时能产生具有保护性能的稳定氧化物或其他稳定表面结构的涂层,是今后的研究方向。应将聚合物基体和涂层作为整体进行研究,充分研究涂层与基体间的界面效应和失效机理。在抗AO新材料研究领域,以聚酰亚胺材料为例,简述了含磷、含硅、含锆聚酰亚胺的研究进展,以及从基础研究到工程化应用还亟待解决的关键问题和工艺技术。希望该综述为发展新的先进防护涂层和新材料体系提供一些可借鉴的研究思路。     

原子氧对聚酰亚胺表面侵蚀及有机硅涂层保护

用光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SE M)研究有和无有机硅涂层的聚酰亚胺(Kapton)在模拟原子氧(AO)环境中表面所发生的侵蚀 作用.结果表明，AO对Kapton有较严重的侵蚀，原来平整的表面形貌变为毛毯状；而所 施用的有机硅涂层的表面形貌则变化甚少，表明该涂层具有较明显的防护效果.这种防护作 用在于，有机硅涂层表面经AO辐照后生成了致密的氧化硅膜层，对抑制AO的进一步侵蚀起到 了关键作用.     

溶胶-凝胶制备的Al_2O_3-SiO_2复合陶瓷涂层抗原子氧侵蚀性能研究

采用溶胶-凝胶法,以异丙醇铝、正硅酸乙酯为原料制得了稳定、均一的溶胶,浸涂在聚酰亚胺表面干燥后获得了致密透明的涂层.采用空间综合环境地面模拟设备对试样进行了原子氧(Atomic Oxygen, AO)暴露实验.测试表明,溶胶-凝胶制备的Al_2O_3-SiO_2涂层抗原子氧侵蚀性能优异,抗原子氧侵蚀性能比聚酰亚胺基体提高了2个数量级以上.经原子氧暴露后的复合陶瓷涂层质量几乎没有发生变化.经FTIR和XPS分析表明,在原子氧暴露后涂层表面产生的是Al_2O_3-SiO_2复合物.SEM分析表明,无涂层的聚酰亚胺原子氧暴露后表面非常粗糙且表面呈现地毯状形貌,而涂覆涂层的试样暴露前后表面形貌没有发生变化.采用紫外-可见光-近红外分光光度计对涂覆溶胶-凝胶复合陶瓷涂层后的试样分析表明原子氧暴露前后试样表面的光学性能也未发生变化.     

溶胶-凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能研究

以异丙醇铝(Al(C3H7O)3)为先驱物,水为溶剂,HNO3做胶溶剂制得了稳定、均一的Al2O3溶胶,浸涂在聚酰亚胺和银薄膜表面干燥后获得了致密透明的涂层.采用空间综合环境地面模拟设备对试样进行了原子氧暴露实验.结果表明:溶胶-凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能优异,抗原子氧侵蚀性能比聚酰亚胺基体提高了2个数量级以上.经FTIR和XPS分析表明:在原子氧暴露后涂层表面生成了一层Al2O3,阻止了原子氧对基体材料的进一步侵蚀.涂覆涂层后基体的光学性能没有受到影响.实验证明溶胶-凝胶制备抗原子氧侵蚀的防护涂层是一种行之有效的方法.它工艺简单,可涂覆形状复杂、大面积的器件.     

溶胶-凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能研究

以异丙醇铝（Al（C3H7O）3）为先驱物，水为溶剂，HNO3做胶溶剂制得了稳定、均一的Al2O3溶胶，浸涂在聚酰亚胺和银薄膜表面干燥后获得了致密透明的涂层。采用空间综合环境地面模拟设备对试样进行了原子氧暴露实验。结果表明：溶胶．凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能优异，抗原子氧侵蚀性能比聚酰亚胺基体提高了2个数量级以上。经FTIR和XPS分析表明：在原子氧暴露后涂层表面生成了一层Al2O3，阻止了原子氧对基体材料的进一步侵蚀。涂覆涂层后基体的光学性能没有受到影响。实验证明溶胶．凝胶制备抗原子氧侵蚀的防护涂层是一种行之有效的方法。它工艺简单，可涂覆形状复杂、大面积的器件。     

有机硅/二氧化硅杂化涂层抗原子氧侵蚀性能研究

采用溶胶-凝胶法,以一甲基三乙氧基硅烷(MTES)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,乙醇为溶剂,盐酸为催化剂,通过溶胶-凝胶法制备出分子级复合的SiO2杂化有机硅树脂,浸涂在聚酰亚胺表面干燥后获得了透明致密的涂层。采用自己研制的空间综合环境地面模拟设备对试样进行了原子氧暴露实验。测试表明,溶胶-凝胶制备的有机硅/SiO2涂层抗原子氧侵蚀性能优异,抗原子氧侵蚀性能比聚酰亚胺基体提高了2个数量级以上。经AO暴露后的杂化涂层质量几乎没有发生变化。经FTIR和XPS分析表明,在原子氧暴露后涂层表面产生的是SiO2陶瓷层。SEM分析表明无涂层的聚酰亚胺原子氧暴露后表面非常粗糙,表面呈现地毯状形貌而涂覆涂层试样暴露前后表面形貌没有发生变化。采用紫外-可见光-近红外分光光度计对涂覆有机硅/SiO2涂层试样分析表明,原子氧暴露前后试样表面的光学性能也未发生变化。实验证明,制备抗原子氧侵蚀的防护涂层的溶胶-凝胶法是一种行之有效的方法。     

环境因素对聚酰亚胺薄膜及涂层侵蚀效应分析

目的采用不同表面改性方法处理聚酰亚胺,研究温度、湿度、紫外辐照和原子氧等环境因素对聚酰亚胺基体及涂层的侵蚀效应。方法用碱性溶液(NaOH)、硅烷偶联剂(KH-550)分别在水热及溶剂热条件下处理聚酰亚胺薄膜。用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶,并在改性后的聚酰亚胺薄膜表面制备二氧化硅涂层。处理后样品的亲水性变化由接触角测量仪测定,透光率用紫外可见分光光度计表征,表面形貌用扫描电镜观察,表面结构变化由傅里叶变换红外光谱仪测定。环境效应试验用紫外老化箱和原子氧模拟试验装置进行评价,并用扫描电镜和材料显微镜表征环境因素对涂层产生的影响和破坏作用。结果实验得出的最佳表面处理条件为:(1)NaOH浓度0.1 mol/L,水热温度120℃,时间60 min;(2)20vol%KH-550+80vol%Et OH,溶剂热温度180℃,时间60 min。在此条件下处理后的聚酰亚胺基体与二氧化硅涂层界面结合较牢固。结论使用碱液水热处理与硅烷偶联剂溶剂热相结合的处理方法,可有效改善Si O2涂层与聚酰亚胺基体的界面粘附性。所制备的涂层均匀致密,具有很好的抗原子氧侵蚀能力,但在储运过程中必须注意环境湿度对涂层产生的破坏作用。     

SiO2-K2SiO3涂层对空间材料Kapton的防护行为研究

在微波电离型原子氧(AO)源地面模拟设备中对空间材料Kapton及SiO2-K2SiO3无机-有机复合涂层进行原子氧剥蚀效应试验．用扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)和LAMBDA-9分光光度计，对在模拟原子氧(AO)环境中Kapton及在其表面涂覆的涂层所发生的侵蚀与防护作用进行了表征研究，AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用，表面呈现粗糙，失去原有光滑和透明，而施加的SiO2-K2SiO3涂层。经AO辐照后，表面却变化甚少。实验表明，该涂层对AO辐照有较强的防护效果，有较好的空间稳定性，能阻止AO对基材的侵蚀。     

原子氧对金属Ag及其表面TiO2-有机硅热控涂层的侵蚀

在微波电离型原子氧(AO)源地面模拟设备中对空间材料Ag及TiO2-有机硅热控涂层进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA-9分光度计、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对模拟原子氧(AO)环境中的Ag及其涂覆有机硅热控涂层的表面所发生的侵蚀与防护作用进行了表征。结果表明，AO对Ag表现了较严重的侵蚀作用，而所施用的TiO2-有机硅热控涂层的表面形貌则变化甚少，该涂层对AO辐照有较强的防护效果、较好的空间稳定性(AO辐照前后△α≈0)和热控性能。     

纳米氧化铝增强有机硅涂层抗原子氧剥蚀性能

采用硅烷偶联剂对纳米Al2O3进行表面处理并在聚酰亚胺(Polyimide)基材表面制备出纳米氧化铝增强有机硅涂层.用热阴极灯丝放电产生的氧等离子体来模拟原子氧环境,研究了有机硅涂层的质量损失、表面形貌及化学成分的变化.结果表明,原子氧对聚酰亚胺基材剥蚀严重,质量损失线性增加,表面形成地毯状.经表面处理的纳米Al2O3微粒可以均匀分布在有机硅涂层中,具有良好的抗原子氧剥蚀性能.原子氧暴露后,其质量损失和微观表面形貌变化较小,当纳米Al2O3含量为2.5%时,试样的质量损失仅为聚酰亚胺的4.7%.     

输气站场埋地管道的腐蚀与防护

输气管道站场在天然气管网中有着极为重要的位置,腐蚀是造成站场泄漏事故的主要因素之一;因此,在天然气管道站场应用适宜有效的腐蚀防护技术对确保天然气管道系统的安全运行有着极为重要的意义.根据天然气站场的特点,针对性选择适宜的涂层材料和阴极保护方式是确保天然气站场免于腐蚀威胁的最有效手段.     

低锡青铜的吹氧精炼

对低锡青铜进行了吹氧精炼试验。试验结果表明，在０．０３ＭＰａ压力下，吹氧５～６ｓ，即可去除５００ｋｇ铜水中所含氢气。     

电泳涂层对粘结磁体的防护作用

研究了湿热试验条件下粘结Nd-Fe-B磁体的腐蚀行为及电泳涂层对磁体的防护作用。结果表示粘结Nd-Fe-B磁体的耐腐蚀性虽然优于烧结Nd-Fe-B磁体,但仍不能满足使用要求。金相观察表明电泳涂装后在磁体表面形成了厚度均匀的致密保护层,该涂层对基体具有很好的附着性,且涂层连续、均匀、有效地阻止了腐蚀介质的渗入。     

温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响

目的 研究温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响,得出B4C涂层最佳氧化防护温度范围,以及B4C涂层在不同温度的氧化防护机制演变。方法 以石墨为基体,采用放电等离子烧结法在石墨表面制备B4C涂层,通过不同恒温氧化试验(800、1 000、1 200、1 400 ℃)和室温至1400 ℃宽温域动态氧化试验来测试其氧化防护性能,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对B4C涂层石墨试样氧化前后的物相组成、微观形貌、氧扩散等进行分析。结果 B4C涂层氧化后可生成B2O3玻璃膜,在800、1 000、1 200、1 400 ℃恒温氧化的防护效率分别为98.43%、98.61%、94.4%和92.8%,在室温至1 400 ℃宽温域动态氧化的防护效率为93.1%。B4C涂层在800 ℃以下主要依赖结构阻氧,800至900 ℃由结构阻氧向惰化阻氧转变,900 ℃以上主要依赖惰化阻氧。1 100 ℃以上,随温度升高B2O3玻璃膜的挥发加剧,B4C涂层惰化阻氧能力减弱。结论 B4C涂层的氧化防护效率随温度上升先增大后减小,结构阻氧机制逐渐降低,惰化阻氧机制先升高后降低。B4C涂层在800至1 100 ℃具有良好的氧化防护性能。     

镁合金的腐蚀及其防护措施

介绍了镁合金的腐蚀特性、影响镁合金腐蚀的因素以及镁合金腐蚀的类型。镁合金腐蚀的类型有电偶腐蚀、点蚀、丝状腐蚀和高温氧化。综述了腐蚀防护措施为通过研究开发高纯镁合金,应用快速凝固工艺,实施表面处理技术等。镁合金表面技术中的化学转化膜、阳极氧化、微弧氧化及金属镀层等对镁合金的腐蚀防护有很好的作用。     

浅谈氧及氧化剂对化工设备腐蚀的影响

化工设备在各种生产环境中,不同材料会受到各种类型的腐蚀。概述了氧及氧化剂对腐蚀的影响,分析了氧及氧化剂有两重性,有可能加速腐蚀,也有可能抑制腐蚀。并探讨了发生点腐蚀、应力腐蚀破裂等局部腐蚀时,氧及氧化剂是必要的条件。为防止设备腐蚀,有时可以彻底除氧。