原子氧对碳纤维增强氰酸酯复合材料的侵蚀及机理研究

针对碳纤维增强氰酸酯复合材料(CFCE)开展原子氧暴露试验及反应产物原位测量的散射试验,并进行暴露前后的质量损失、SEM及XPS试验。结果表明,该材料的受原子氧腐蚀率为(2.20±0.36)×10~(-24)cm~3/atoms。受原子氧腐蚀后,样品表面C元素相对原子浓度增加,O元素基本不变;表面的树脂脱落,碳纤维暴露在原子氧环境中,表面出现蚀坑,且数量及形状逐渐变大,蚀坑相连,最终沿纤维方向形成一条沟壑。高能氧原子与复合材料发生反应,生成产物CO、CO_2、H_2O、OH和CH_3。     

原子氧对Kapton／Al薄膜性能影响研究

模拟空间环境下原子氧辐照条件,通过采用固定的原子氧束流密度进行不同时间辐照试验,研究了温控涂层材料Kapton/Al薄膜的质量损失、光学性能、表面形貌和表面粗糙度的演化规律.试验结果表明,原子氧对材料的剥蚀量与原子氧的作用时间成正比例关系.材料辐照后太阳吸收率发生明显变化,而辐射率几乎不发生变化.辐照后试样表面的粗糙度,是影响太阳吸收率变化主要因素.随着辐照时间的增长,材料表面粗糙度增加,导致太阳吸收率增大.     

空间用聚四氟乙烯材料的原子氧、温度、紫外辐射效应的试验研究

在 IFM原子氧剥蚀效应地面模拟设备中对空间常用材料聚四氟乙烯进行了原子氧剥蚀效应试验,试样温度升高对原子氧效应的影响以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度升高、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律。对原子氧与材料的反应机理也做了相应的分析。同时还测量比较了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率、透射率等光学性质。     

环氧固封和硅橡胶的空间原子氧效应分析

对磁力矩器用环氧固封和硅橡胶材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其它分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,两种材料中真空质损最大相差2.5倍;原子氧作用导致聚合物材料发生颜色变化,且造成材料的质损,两种材料的质损率最大相差25倍;原子氧与硅橡胶中的有机硅反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。     

纳米颗粒增强环氧树脂抗原子氧剥蚀性能机理研究

 为了提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能，将不与原子氧反应的无机纳米二氧化硅颗粒添加到环氧树脂中，并对所制成的纳米复合材料试样进行原子氧效应地面模拟试验，分析了试验前后试样表面形貌、表面成分和表面化学结构的变化规律。结果表明，加入纳米颗粒后，环氧试样的质量损失和剥蚀率出现了明显的下降，抗原子氧剥蚀性能得到了大幅度的提高。同时，试验后的纳米复合材料表面仍然存在一些新的有机结构，它们和纳米二氧化硅颗粒一起，共同阻止原子氧对底层材料的进一步剥蚀。     

Surface Morphology and Evolution Mechanism of Carbon Fiber/Phenolic Resin Composites on Atomic Oxygen Irradiation

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜( SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为.结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和.究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合“掏蚀”模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—0—C＝0和—C =0基团.     

原子氧辐照碳/酚醛复合材料的表面形貌及其演变机理研究

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为。结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和。究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合"掏蚀"模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—O—CO和—CO基团。     

原子氧对Kapton侵蚀及ZnO-有机硅涂层防护效应研究

在原子氧(AO)侵蚀地面模拟试验设备中对聚酰亚胺(Kapton)和涂ZnO-有机硅防护层的样品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)等对试验前后试样的表面形貌、质量及化学结构进行表征研究。AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用,其化学结构、元素百分含量和表面形貌都发生明显变化。而所施用的ZnO-有机硅涂层对AO辐照有较强的防护效果,并具有较好的空间稳定性。因腐蚀产物为SiO2,这对抑制AO的进一步侵蚀起到了关键作用。     

空间聚四氟乙烯的真空紫外辐射及其与原子氧的复合效应研究

聚四氟乙烯是航天器上常用的一种聚合物材料。在空间环境效应地面模拟试验设备中 ,对这种材料开展了真空紫外辐射、真空紫外辐射与原子氧复合效应的试验研究 ,总结和分析了试验前后试样外观、质量、光学参数和表面成分等方面的变化规律 ,并对真空紫外辐射及其与原子氧复合作用的过程和反应机理做了初步的分析。得出结论 :真空紫外辐射作用下试样表面积累了碳而发生暗化 ,原子氧又将其漂白 ,这两种因素的复合作用 ,可能会使Teflon材料产生更为严重的剥蚀。     

地面模拟设备中原子氧通量测量方法的比较研究

 原子氧是低地球轨道中对航天器影响最为严重的环境因素之一。原子氧通量的测量,是原子氧效应研究工作的基础,是量化航天器材料和部件的原子氧暴露程度、评估其空间原子氧使用寿命的重要参数。介绍了地面模拟设备中常用的几种原子氧通量测量方法的测量原理,包括Kapton质量损失法、NO₂滴定法、银表面催化法、光谱法、质谱分析法、银膜和半导体膜电阻法等等,对各种测量方法的特点进行了概括。另外,选择了Kapton质量损失法、银表面催化法和光谱法测量了原子氧效应模拟设备中的原子氧通量,并对测量结果进行了对比,分析了这几种方法的准确性。     

抗原子氧有机/无机氧化硅复合涂层的研究

以正硅酸乙酯（TEOS）和γ-（甲基丙稀酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MEMO）为前驱体,在聚酰亚胺基底上制备了氧化硅涂层,采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）和X光电子能谱（XPS）对其表面形貌、结构和成分进行了分析.结果表明MEMO的加入增加了氧化硅涂层的韧性,并赋予其憎水性能,表面化学成分由MEMO以及TEOS＋MEMO的水解和缩聚过程决定.用地面模拟设备对氧化硅涂层进行原子氧暴露试验,结果表明其具有很好的防原子氧性能,使基体原子氧侵蚀速率下降了一个数量级.     

原子氧环境对硅凝胶材料的侵蚀效应研究

简述了DC93-500和GN511硅凝胶材料原子氧环境试验过程,分析和考察了DC93-500和GN511硅凝胶材料在原子氧环境作用下的侵蚀效应,探索了原子氧环境对硅凝胶材料的作用机理.结果表明在原子氧环境作用下,DC93-500和GN511硅凝胶材料样品的可见光透射率明显下降;样品表面被氧化并出现龟裂裂纹和凸起的小岛;随着原子氧作用累积通量的进一步增加,样品表面会由于小岛被剥落而发生质损现象;相对于GN511而言,DC93-500硅凝胶材料在原子氧环境下的结构和性质较为稳定.     

分光光度法测定TRIP钢在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为

用全浸实验方法研究了四种不同成分TRIP钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,采用分光光度法测定了其腐蚀速率,利用扫描电镜对腐蚀后试样进行表面形貌观察。结果表明：溶液中微量Fe的含量与溶液的吸光度呈良好的线性关系;不含合金元素的A钢腐蚀速率最大,加入合金元素较多的B、D钢腐蚀速率较小,含合金元素的C钢腐蚀速率适中。随着腐蚀时间的增加,四种钢的腐蚀速率明显降低。合金元素在锈层中富集使锈层更致密,提高了试样的耐腐蚀性能。     

紫外辐照下透明聚氨酯胶片老化机理

针对高端夹层玻璃的老化问题,选用荧光紫外灯,对其主要粘结材料——透明聚氨酯胶片分别进行0/200/300/500 h的照射,借助紫外/可见光分光光度计、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等设备,研究照射过程中材料颜色、结构、微观形貌的变化。扫描电镜显示照射时间延长到500 h,材料表面出现龟裂。实验发现胶片的老化起始于硬段及软段部位与N,O相连的α位置的碳原子,在紫外光及氧气的联合作用下产生氢过氧化物;该过氧化合物一部分继续氧化成CO,一部分通过β分裂,使C—N,C—O键断裂,致使材料龟裂。     

C/E表面镀Al膜的原子氧试验

为了提高C/E复合材料的导电性及耐空间环境的能力,应用电弧离子镀技术在C/E复合材料表面沉积了A l膜,研究了地面模拟原子氧环境对C/E复合材料表面镀A l前后的侵蚀、质损及A l膜的附着力、导电性的影响。通过XRD、SEM、FT-IR、万能拉伸测试仪、FZ-82数字式四探针测试仪等测试分析样品。结果表明:电弧离子镀A l膜微米级以上颗粒较多,但分布均匀,膜层致密,附着力达2 N/mm2以上;原子氧对C/E复合材料侵蚀明显,镀铝后具有明显的防护作用;原子氧侵蚀后的A l膜电阻率有所上升,但还是有较好的导电性;辐照后的A l膜附着力比辐照前反而增加,其机理尚待进一步研究。     

碳纤维经低温氧等离子体和POSS涂层处理后的表面特性

采用低温氧等离子体对CCF300碳纤维进行了不同时间的处理,并在此基础上用含乙烯基的笼形倍半硅氧烷(POSs)对纤维表面进行了涂层处理,并进一步对涂层做了氧等离子体活化处理,得到了具有高粗糙度和高化学活性的碳纤维表面.采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同处理阶段的碳纤维表面形貌和粗糙度进行了对比和研究,处理前后纤维表面的化学构成和活性基团的相对含量则采用X射线光电子能谱(XPS)进行了研究.结果表明,在设定的条件下在等离子体处理5min的基础上进行POSS涂层处理得到的涂层效果最佳,在此基础上再进行等离子体活化处理可以得到高表面粗糙度和高含氧活性基团的表面,表面氧碳值(O/C)可由0.30提高至0.51,从而使得碳纤维表面活性得到大幅度提高.     

表面处理工艺对ZN-1阻尼材料粘接性能的影响

研究了不同表面处理方式、酸处理时间、酸处理中和剂及试件贮存时间等因素对ZN-1阻尼材料与硬铝的粘接性能的影响.结果表明采用浓硫酸对ZN-1阻尼材料进行表面处理,可以有效地改善其与硬铝的粘接效果;酸处理时间对ZN-1阻尼材料的表面形貌及其与硬铝的粘接强度无明显影响,但随着处理时间的增加,其表面的硫元素含量有增加的趋势;采用氨水、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氢氧化钠水溶液或直接采用蒸馏水作为酸处理法的中和剂所制备的拉剪试样的破坏形式均表现为ZN-1阻尼材料破坏.此外,采用酸处理法制作的LY12/ZN-1/LY12粘接试样自然存放两年后其粘接强度基本没有变化.     

铝合金与橡胶软油箱抗老化涂层接触腐蚀机理研究

通过对7A04-T6包铝合金及去包铝合金与三种橡胶抗老化涂层材料在高温、高湿环境中的接触腐蚀产物SEM形貌分析及EDS成分分析,表明铝合金与橡胶抗老化涂层接触腐蚀形貌特征为点蚀,腐蚀严重时试样表面局部或全部被大量腐蚀产物所覆盖,腐蚀产物的主要元素为Al,C,O,Mg,Zn,Cl,Si,S.提出了铝合金与橡胶抗老化涂层"接触-扩散-吸附/沉积物层与电解质薄液膜层形成/腐蚀闭塞区形成/阴离子加速自催化腐蚀/点蚀-晶间腐蚀-剥落腐蚀"的接触腐蚀过程及机理.     

H3PO4溶液中碳纤维表面电化学改性机理研究

以H3PO4溶液为电解液对碳纤维进行电化学改性处理,通过循环伏安测试,XPS、SEM和XRD分析探讨了H3PO4溶液体系中碳纤维表面电化学改性机理。结果表明:在改性处理初期,纤维表面已有电活性物质发生电化学反应产生新的活性碳原子,此后伴随着水的电解析氧反应纤维表面进一步受到氧化和刻蚀,表面氧元素含量增加,而且各种含氧官能团含量随着改性处理得进行不断变化,其中羧基和酸酐含量明显增加。纤维表面粗糙度增加,沟槽加深加宽,但其本体结构并没有改变,只是表面层微晶尺寸有所减小,晶面间距有所增大。     

一种针刺C/C复合材料-40Cr配副的摩擦学性能

采用MMUD-10B型摩擦磨损试验机分别在干摩擦和水润滑两种不同环境下,固定转速为100 r/min,在不同载荷下(70、150和230 N)对摩擦配副C/C-40Cr进行摩擦学性能对比分析及表征。利用奥林巴斯GX51金相显微镜观察试样表面的磨痕、采用JJ324BC型的电子天平表征每次实验的磨损量、使用JSM-6510A型扫描电子显微镜(带有EDS能谱仪)观察磨屑的形貌及各元素的原子比。结果表明:在干摩擦中,试样的摩擦因数较大,在0.046～0.070波动,磨损量较少,且摩擦因数与磨损量随着载荷的增加而增加;在水润滑摩擦情况下,摩擦因数变化范围较小,在0.037～0.052,但磨损量较大。干摩擦和水润滑条件下的摩擦因数和磨损量与载荷的大小呈正相关趋势。此外磨屑中稳定存在碳纤维和片层状的40Cr,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损共同作用。