【摘 要】
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乙二醇水溶液主要由乙二醇和水组成,由于其冰点低、传热性好和散热快等优点,常应用于雷达、汽车以及航天系统的冷却回路,以实现工作设备的环境温湿度控制。尽管乙二醇液冷系统在地面有所应用,但由于与天地环境的差异,乙二醇水溶液与轻质材料长期相容性的地基研究尚欠深入,天基数据更是缺乏,难以实现航天器液冷系统的长寿命评估。为此,本项目针对航天器内的环境条件,研究不同环境因素对乙二醇液冷系统中典型金属的腐蚀速率规
【基金项目】
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人因工程国防科技重点实验室自主研究基金（SYFD 062004）；
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乙二醇水溶液主要由乙二醇和水组成,由于其冰点低、传热性好和散热快等优点,常应用于雷达、汽车以及航天系统的冷却回路,以实现工作设备的环境温湿度控制。尽管乙二醇液冷系统在地面有所应用,但由于与天地环境的差异,乙二醇水溶液与轻质材料长期相容性的地基研究尚欠深入,天基数据更是缺乏,难以实现航天器液冷系统的长寿命评估。为此,本项目针对航天器内的环境条件,研究不同环境因素对乙二醇液冷系统中典型金属的腐蚀速率规律,针对性的提出腐蚀防护策略。论文选择乙二醇液冷系统中典型的合金材料,包括3A21铝合金、316L不锈钢和TA1钛合金,作为试验对象,通过腐蚀失重速率、交流阻抗谱和极化曲线等方法,研究温度、溶解氧、缓蚀剂等环境因素对乙二醇水溶液与其接触材料的相容性影响,建立腐蚀速率与环境因素的数学模型,摸索通过补加缓蚀剂、延缓金属腐蚀的方法。针对温度环境因素,当温度在-15℃～80℃范围内,试验98天后,3A21铝合金、316L不锈钢、TA1钛合金的整体腐蚀速率分别在0.00612 g·m-2·d-1～0.00808 g·m-2·d-1、0.00025 g·m-2·d-1～0.00068 g·m-2·d-1、0.00077 g·m-2·d-1～0.00161 g·m-2·d-1之间。随着温度升高,3A21铝合金和316L不锈钢的腐蚀失重速率整体呈现逐渐增大的趋势,TA1钛合金的腐蚀速率整体上呈现先增大后降低的趋势。针对溶解氧环境因素,当温度为25℃～60℃,溶解氧浓度为1.5 mg·L-1～8.5 mg·L-1范围内,随着溶解氧浓度的增加,3A21铝合金的腐蚀失重速率逐渐增加。当试验温度为25℃时,随着氧浓度的增加,316L不锈钢的腐蚀失重速率逐渐降低;当试验温度为40℃～60℃时,316L不锈钢腐蚀失重速率先增大后降低。当试验温度为25℃～40℃时,随着氧浓度的增加,TA1钛合金的腐蚀失重速率逐渐增大;当试验温度为60℃时,TA1钛合金腐蚀失重速率先减小后增大。针对缓蚀剂的环境因素,当硅酸钠浓度为0.25 wt%～0.47 wt%时,随着硅酸钠浓度增加,3A21铝合金和TA1钛合金的腐蚀速率显示先减小后增大的趋势,316L不锈钢的腐蚀速率显示先增大后减小的趋势。当硝酸钠浓度为0.25 wt%～0.47 wt%时,随着硝酸钠浓度增加,3A21铝合金的腐蚀速率均显示先减小后增大的趋势;316L不锈钢和TA1钛合金的腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势。当苯甲酸浓度为0.20 wt%～1.40 wt%时,随着苯甲酸钠浓度的增大,3A21铝合金的腐蚀速率逐渐减小;316L不锈钢的腐蚀速率呈现先减小后增大的趋势;TA1钛合金的腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势。在腐蚀速率测试的基础上,利用幂函数关系,分别建立了乙二醇水溶液中3A21铝合金、316L不锈钢和TA1钛合金的腐蚀速率与温度、溶解氧的数学模型。同时,建立了3A21铝合金腐蚀速率与缓蚀剂的关系模型,探索了利用控制缓蚀剂浓度延缓金属材料衰减的方法。当硅酸钠和硝酸钠浓度为0.25 wt%～0.47 wt%时,当缓蚀剂浓度衰减30%之前,可以通过补加缓蚀剂的方法,延缓3A21铝合金腐蚀加剧。
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