1Cr18Ni9Ti不锈钢的原子氧效应研究

摘要

本文利用同轴源原子氧设备和微波源原子氧设备对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行了空间原子氧环境模拟暴露试验。测量了暴露试样的质量损失、表面纳米硬度及摩擦学性能。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对暴露表面的化学成分、相组成及形貌进行了分析。使用原子力显微镜(AFM)以及接触角仪对其他表面特性进行了分析，以探究1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的原子氧侵蚀效应及机理。
　　研究结果表明，等离子体氧和原子氧暴露均造成1Cr18Ni9Ti钢产生一定量的质量损失和表面硬化。暴露表面的纳米硬度随着原子氧注量的增加而升高。在1×1021 atom/cm2的注量下，表面纳米硬度从未暴露试样的3.012GPa上升至3.897GPa。暴露试样在塑性变形初始阶段的表面缺陷明显多于未暴露试样，但等离子体氧和原子氧暴露对裂纹萌生、扩展及断裂过程影响不大。摩擦磨损试验表明，原子氧和等离子氧暴露均使摩擦初始阶段的最大摩擦系数降低，但对材料磨损机制影响不大。
　　XPS分析表明，等离子氧和原子氧均导致1Cr18Ni9Ti钢表面层中O元素含量的升高。TEM分析发现，原子氧暴露后，奥氏体中层错发生了扩展，且出现马氏体组织。1Cr18Ni9Ti钢表面层的上述成分和显微组织变化造成了暴露表面的硬化。另外，等离子氧与原子氧暴露均导致表面接触角变小和粗糙度增加。AFM测试结果表明，当原子氧的注量为1×1021 atom/cm2时，表面的粗糙度显著升高。

目录

1Cr18Ni9Ti 不锈钢的原子氧效应研究

EFFECTS OF PLASMA AND ATOMIC OXYGEN ON 1Cr18Ni9Ti STAINLESS STEEL

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 1Cr18Ni9Ti不锈钢简介

1.3 低地球轨道环境概述

1.4 原子氧效应

1.4.1 原子氧产生机理

1.4.2 原子氧作用机制

1.4.3 原子氧对材料的作用

1.4.4 原子氧的防护

1.5 原子氧效应研究方法

1.5.1 空间飞行试验

1.5.2 地面模拟试验

1.5.3 数值模拟

1.6 本文研究内容

第2章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料及制备

2.1.1 试验材料

2.1.2 试样制备

2.2 1Cr18Ni9Ti不锈钢空间原子氧环境模拟试验

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验参数选择

2.3 表征试验和设备

2.3.1 质量变化测量

2.3.2 显微硬度

2.3.3 原位拉伸

2.3.4 摩擦磨损性能

2.4 分析测试方法和设备

第3章 等离子体氧暴露效应

3.1 质量变化表征

3.2 纳米硬度变化规律

3.3 拉伸变形行为SEM动态观察

3.3.1 塑性变形

3.3.2 裂纹萌生与扩展

3.3.3 宏观断口形貌

3.4 摩擦磨损性能

3.4.1 摩擦系数

3.4.2 磨损表面形貌

3.5 组织结构变化表征

3.5.1 表面物相结构

3.5.2 表面元素化学状态分析

3.5.3 接触角

3.6 等离子氧效应机理分析

3.7 本章小结

第4章 微波原子氧暴露效应

4.1 质量变化表征

4.2 纳米硬度变化规律

4.3 拉伸变形行为SEM观察

4.3.1 塑性变形

4.3.2 裂纹萌生与扩展

4.3.3 宏观断口形貌

4.4 摩擦磨损性能

4.4.1 摩擦系数

4.4.2 磨损形貌

4.5 组织结构变化表征

4.5.1 表面物相结构

4.5.2 表面元素化学状态分析

4.5.3 TEM形貌分析

4.5.4 原子力显微镜表面形貌分析

4.5.5 接触角

4.6 原子氧效应机理分析

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢