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                  旋渦流速儀在加氧系統中的腐蝕產物分析

                  來源:紅旗儀表(江蘇)有限公司 時間:2021-08-19

                  旋渦流速儀在加氧系統中的腐蝕產物分析
                  文摘:航天發射場加注庫房數字式渦街流量計長期在四氧化二氮加注系統中使用,會導致表面產生腐蝕產物,使其精度和精度發生變化,從而影響加注量。用FEI場發射電子掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)和X射線光電子能譜儀(XPS)對腐蝕產物的表面形貌、成分含量及其存在形態進行了表征。研究發現,腐蝕表面由內結合較致密的黑色和黃色腐蝕產物組成,兩者都含有N、O、Cr、Fe、Ni等元素,但黃色腐蝕產物中N、O含量較高,腐蝕較嚴重。其腐蝕產物主要以Fe2O3、Cr2O3、Ni2O3等形式存在,腐蝕過程中有化學和電化學腐蝕,但主要是化學腐蝕。
                  開場白。
                  四氧化二氮具有很強的氧化性,常作為一種液體推進劑組元廣泛應用于空間運載火箭、導彈、魚雷、姿態控制、反作用控制和軌道控制等領域[1-4]。四氧化二氮具有強腐蝕性、低沸點、高毒性等特點,其腐蝕程度與含水量、溫度、壓力等因素密切相關,一般隨含水量的增加或溫度的升高腐蝕程度增大。當前,在生產、運輸、轉運、儲存和使用過程中,四氧化二氮都選用了一級兼容材料,但由于生產工藝、環境變化、操作不當、設備老化等因素的影響,配伍材料也有腐蝕破壞和泄漏的危險。
                  四氧化二氮在空間加注系統中的腐蝕通常會造成兩方面的危害,一方面腐蝕會加速材料(如貯罐、管道、閥門、加注泵、流量計等)的破壞和變質,降低材料壽命,衰減推進劑流速,甚至導致加注管道、閥門等的破裂泄漏,嚴重威脅人員健康和環境安全[5-8];另一方面,腐蝕會引起四氧化二氮組分含量的變化,不僅降低了液體火箭發動機的性能,而且增加了經濟成本,甚至影響了航天發射的成敗[5-8]。由于這個原因,國內外對四氧化二氮腐蝕的研究非常重視。主要研究內容有[10-11]四氧化二氮腐蝕規律、蒸發特性[12]、與不同材料的相容性[13-14]和材料儲存壽命預測[15]、腐蝕試驗方法[8]和涂層保護[16]等多方面,這對預防或降低四氧化二氮腐蝕危害具有重要意義。
                  因此,本文針對四氧化二氮環境中產生的腐蝕產物進行分析,探討其腐蝕形成機理,以期減少甚至避免腐蝕產物對加注系統的危害,并為四氧化二氮與其它相容材料的腐蝕發生提供理論依據。
                  試驗一。
                  1.1樣品的加工。
                  首先,把長期使用過的不銹鋼材料DY數字渦街流量計從加氮系統中卸下,然后用線切割將SC渦街流量計樣品切成許多小塊,用小刀分別剝去表面不同顏色的腐蝕產物,并分別取去腐蝕產物的小塊基底樣品和腐蝕產物。
                  1.2樣品的檢驗。
                  利用FEI公司QUANTAFEG450型場發射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察數字式渦街流量計表面剝落的黑色和黃色腐蝕產物的表面形貌,利用自帶的能譜分析儀(EDAX)對腐蝕產物的元素成分進行分析。試驗條件:試驗電壓20kV,光斑大小6.00μ,工作距離10mm;采用PHI5000VersaprobeIII射線電子能譜儀(XPS)分析腐蝕產物的存在形態,試驗采用Al靶。
                  2結果和討論。
                  2.1SEM分析。
                  旋渦流量計用于中長期的四氧化二氮加注系統,其表面存在一定厚度且分布不均勻的黑色、黃色腐蝕產物,黑色腐蝕產物的數量明顯增多。從渦街流量計表面剝離并進行SEM分析,以觀察腐蝕產物的微觀表面形貌,結果表明其形貌如圖1。
                  從圖1可以看出,黑色腐蝕產物以片層狀為主,而黃色腐蝕產物為塊狀,但二者內部結合比較緊密,沒有大的孔洞或裂紋,說明腐蝕產物可以聚集,并形成大的顆粒,但由于腐蝕產物的形態不同,腐蝕產物形態不同,腐蝕產物形態不同。
                  發令槍-
                  2.2EDAX分析。
                  對渦街流量計的不銹鋼基座和腐蝕產物在圖1中的EDAX進行分析,結果見圖2、1。不銹鋼基底含有C、O、Si、Mo、Ca、Cr、Fe、Ni等元素;黑色腐蝕產物中含有C、N、O、Al、Si、Mo、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni等元素;黃色腐蝕產物C、N、O、Na、Mg、Al、Ca、Cr、Fe、Ni元素。在腐蝕產物中N、Al、Mn等元素的含量較不銹鋼基底增加,而黃色腐蝕產物中N、Na、Mg、Al等元素含量增加,二者共同作用使N、Al含量增加。在這些條件下,氮素是四氧化二氮參與反應所產生的產物,而Al元素則可能來自周圍環境,如水中雜質代入,黃色腐蝕產物中Na、Mg的存在可為其提供佐證。不銹鋼基底N含量、O含量、Cr含量、Fe含量、Ni含量的原子百分比分別為0%、2.82%、17.45%、59.94%、7.40%;黑色腐蝕產物中的氮含量、O含量、Cr含量、Fe含量、Ni含量的原子百分比分別為3.37%、16.23%、15.57%、47.24%、5.65%、17.38%、68.93%、0.33%、3.83%、0.51%、0.33%、3.83%、0.51%。結果表明,與無N元素的不銹鋼基底相比,黑色腐蝕產物和黃色腐蝕產物的N和O含量較高,但Cr、Fe和Ni含量較低,黃色腐蝕產物N、O含量較低,較黑色腐蝕產物中N、O含量較低。能譜結果顯示N。
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