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航天裝備材料表面處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向

閱讀:605發(fā)布時間:2017-8-10

航天裝備(如人造衛(wèi)星、飛船、火箭等)一般要經(jīng)歷地面、發(fā)射、飛行、在軌運行等環(huán)境過程,所處的空間環(huán)境變化劇烈,非常復(fù)雜,除受到地面風(fēng)吹、日曬、雨露、地下潮氣和海洋鹽霧等影響外,還將承受包括高能電子流、高活性原子氧、太陽紫外照射、溫度交變循環(huán)、隕石和空間碎片沖擊等威脅。所有這些不利因素都對航天裝備材料提出了苛刻的要求。

鋁、鎂等有色金屬及其合金具有比重小、比強度高、易成型等優(yōu)點,大量應(yīng)用于航天領(lǐng)域各類航天器的殼體、蒙皮、精細結(jié)構(gòu)件中,因而成為了主要的航天裝備材料。布魯克S1 TITAN手持式X熒光光譜儀實現(xiàn)了現(xiàn)場準確、快速材料分析、牌號識別及廢料分揀。布魯克S1 TITAN手持式X熒光光譜儀設(shè)備操作簡單,精度可靠,是航天領(lǐng)域*的一款無損檢測設(shè)備。因此,如何對這些金屬材料進行相應(yīng)的表面處理,以增強其對環(huán)境的適應(yīng)性和安全性、減少材料腐蝕現(xiàn)象、延長使用壽命,成 為拓展此類材料在航天裝備中應(yīng)用的一個重要研究方向。

常見的航天裝備材料表面處理工藝技術(shù)對航天裝備材料表面處理的常見工藝方法:
01 陽極氧化處理
陽極氧化、微弧氧化、電鍍、熱噴涂、氣相沉積、高能束處理、溶膠-凝膠法等。這些處理技術(shù)的根本任務(wù)都是通過表面處理技術(shù)形成新的表面,從而賦予航天器表面材料以新的功能特性。

陽極氧化處理在鋁及鋁合金材料中應(yīng)用。將鋁及其合金置于硫酸、鉻酸、草酸等電解液中作為陽極,在特定條件和外加電流作用下進行電解,使其表面形成氧化物薄膜。此氧化物薄膜改變了鋁合金表面狀態(tài)和性能,可起到表面著色、提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度、保護鋁制件表面等作用。

硫酸直流陽極氧化工藝是常用的陽極氧化處理技術(shù)。硫酸直流陽極氧化后,鋁制件表面硬度增高、耐磨性與耐腐蝕性能增強。陽極氧化膜薄層中具有大量的微孔,可吸附各種潤滑劑,適合制造航天器動力系統(tǒng)氣缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力強,可著色成各種美觀艷麗的色彩。

02微弧氧化
微弧氧化技術(shù),又稱等離子氧化技術(shù),是指在Al、Mg、Ti、Nb、Zr等有色金屬及其合金表面用等離子體化學(xué)和電化學(xué)原理原位生長陶瓷質(zhì)氧化膜的表面處理技術(shù)。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)陽極氧化的諸多不足之處,通過對工藝過程的控制使金屬表面陶瓷化,生成的陶瓷薄膜具有優(yōu)異的耐磨和耐蝕性能、較高的硬度和絕緣電阻。與其他同類技術(shù)相比,膜層的綜合性能有了較大提高,且工藝簡單、易操作、處理效率高,因而在航天領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用與發(fā)展。
03電鍍
電鍍處理能夠在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的器件表面形成均勻的涂層,因此在航天裝備材料表面防護領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在精密電子器件中,電鍍Au、Ag等金屬可得到高可靠的電接點及圖形涂層;電鍍鎢合金層使得服役環(huán)境苛刻的航天器能夠表面經(jīng)受2000℃以上的高溫灼燒及射線熱腐蝕;電鍍技術(shù)還能制備使航天裝備表面具有磁性或電磁屏蔽等特殊功能的涂層。

04 熱噴涂
熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài),并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法,賦予基體表面一些特殊的性能。熱噴涂技術(shù)應(yīng)用十分廣泛,可制備耐腐蝕、電絕緣、耐磨減摩、抗高溫氧化、電磁屏蔽吸收等功能涂層。噴涂層材料可以是金屬、金屬合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及復(fù)合材料等,廣泛應(yīng)用于航天裝備中各類零部件。

05氣相沉淀
氣相沉積是指利用氣相中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng),在材料表面形成具有特種性能的金屬或化合物涂層的過程。按照成膜機理,可分為化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積和等離子體氣相沉積。

航天裝備中的一些微電子芯片、微波元器件常常利用化學(xué)氣相沉積得到所需沉積薄膜,所涉及的材料大多數(shù)為硅、碳纖維、碳納米纖維、SiO2、氮化硅等材料。物理氣相沉積技術(shù)工藝過程簡單,對環(huán)境友善、無污染,成膜均勻致密且與基體的結(jié)合力強?;瘜W(xué)氣相沉積速率比較而言不算太高,且參加沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的余氣可能易燃、易爆或有毒,因此需要采取防止環(huán)境污染的措施;對于零器件局部沉積薄膜亦不如物理氣相沉積方便。

06 其他表面處理
激光束、電子束、等離子束等高能束表面處理技術(shù)是近年來發(fā)展的一種材料表面處理新技術(shù)。該技術(shù)特點在于獲得高的表面加熱、冷卻速度,直接把元素注入或熔入材料表面,通過改變材料表面的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)組分,使材料的性能得以顯著改善和提高。目前,等離子表面處理因其性能的優(yōu)勢已成為材料科學(xué)領(lǐng)域活躍的研究方向之一。

隨著表面防護技術(shù)的不斷發(fā)展,航天器表面材料的處理工藝技術(shù)也在持續(xù)完善與提高。為達到更好的防護效果,出現(xiàn)兩種及以上表面處理技術(shù)結(jié)合的工藝方法,使得表面處理防護效果得到大化。

布魯克S1 TITAN手持式X熒光光譜儀采用了布魯克技術(shù)的FAST SDD檢測器,檢測速度,檢測精度,準確性更勝*。同時S1 TITAN手持式光譜儀還配備了強大的防扎檢測器,大大延長了儀器的使用壽命! 
 


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