振动对航天材料振动性的影响.doc

振动对航天材料稳定性影响 摘要：本实验模拟了航天飞行时的振动环境，分析了振动因素对铝镍钴永磁材料的影响；分析了磁性能突变和裂纹产生或试样断裂的拐角点，为铝镍钴永磁材料在航天航空上的应用（载人航天、探月工程及中远程武器的应用）提供参考依据，为长期从事航天航空高可靠性磁性元件的研制工作单位——重庆科技学院航天航空功能材料元件研制中心在永磁材料的研究作出贡献。 关键词：振动 铝镍钴 永磁材料 稳定性 1 引言 永磁材料是最重要的功能材料之一，被广泛应用于航天航空，交通、通讯等领域。铝镍钴是工程上应用最早的永磁材料，具有很多优点。重庆科技学院航空航天工程材料研究中心承担了为控制飞行姿态技术工程提供永磁材料铝镍钴核心器件的课题任务，要求能在振动、温度等恶劣的环境中保持较好的磁性能。本项目模拟航天器件飞行的振动环境，改变振动的三大主要参数（加速度、频率、时间），研究振动参数对铝镍钴永磁材料的磁性能（剩磁、矫顽力、内禀矫顽力、磁能积）的影响，分析各参数对磁性能影响的显著程度。结合X射线探伤仪分析振动产生裂纹缺陷的振动参数转折点，并采用金相显微镜，扫描电镜等仪器分析裂纹等缺陷的原因，为铝镍钴永磁材料在航天航空上的应用提供参考依据。 2 实验流程和方案 2.1金相实验 将两个试样分别在1号2号4号6号砂纸上沿同一方向摩擦，在换砂纸磨的时候，试样摩擦的方向与上一砂纸磨出的划痕的方向相垂直，并且将上一砂纸磨出的划痕完全覆盖。再将已磨好的试样在抛光机上抛光，抛光过程中不断加入用水稀释的氧化铝抛光剂，当试样抛光到一定程度后，再用清水抛光，直到在金相显微镜上观察不到划痕与杂质为止。将盐酸与硝酸按3:1的比例配置成王水。再将试样用酒精和清水洗净并烘干后，用已配的王水腐蚀。我们通过反复以上实验操作，直到能在金相显微镜中观察到析出相。 2.2 磁性能测试 振动前，通过校准线圈（线圈面积76.11cm2，匝数180匝）测量标样复合修改数据，得到标样Br：1.0344、Hcb：127.9、Hcj：130.8、(BH)m：75.04。然后，对18个试样分别进行磁性能测试（每个试样测3次）得到各试样的Br、 Hcb、 Hcj、(BH)m，记录实验数据，并求出其平均值，对试样退磁。 振动后，再对试样进行磁性能测试并退磁，得到试样在振动后的Br、 Hcb、 Hcj、(BH)m的实验数据，记录并求其平均值。 2.3 模拟航天航空振动实验 取18个试样每2个试样一小组，6个试样一大组,共3大组9小组做振动实验。在加速度为10g时间为15min频率分别为50 Hz、250 Hz、500Hz的条件下对一大组试样进行振动实验，记录位移和速度峰值。再在加速度为10g频率为250 Hz时间分别为10min、15min、20min的条件下和在时间为15min频率为250Hz加速度分别为5g、10g、20g的条件下对剩余两大组做振动实验并记录位移和速度峰值。 2.4 X射线探伤实验 模拟振动前，取24个试样，通过X射线探伤仪观察试样的内部纹理情况。大致过程：打开电源，训机，使电压上升至测试电压之上，训机完成后1到3分钟，将铅门打开，将试样放在测试台上用铅板固定，关闭铅门，通过电脑软件观察试样内部纹理情况，观察发现内部无裂纹。 模拟振动后，将24个试样中做过振动实验的18个试样取出，用上述操作进行观察。观察发现，试样内部无裂纹，与振动前基本相同。 2.5 压缩实验 将振动前和振动后的试样分别在万能试验机上进行压缩实验，测量试样的抗压能力。 2.6 数据统计处理 将所得的所有数据进行处理，并制作出相应的图表。 3 实验结果分析 金相显微组织如图1，由图可知铝镍钴材料质脆，易裂，试样中含有大量析出相。振动前后的压缩实验如图2，由图可知振动前的抗压力为113KN，振动后的抗压力为85KN和105KN，振动后的抗压力大大降低，因为振动过程中试样内部产生了大量内应力，受压缩力试样容易压断。振动前后的磁性能数据如表1和图3，由表和图可知，材料振动后试样的剩磁和磁能积大幅度下降，矫顽力变化幅度不大。加速度为10g时间为15min频率分别为50Hz、250Hz、500Hz时，振动前后△Br、△(BH)m的变化如图4，由图可知△Br在50 Hz到250 Hz基本保持不变，在250Hz到500Hz逐渐增大；△(BH)m在50 Hz到500 Hz基本保持不变。频率为250Hz时间为15min加速度分别为5g、10g、20g时，振动前后△Br、△Hcb、△Hcj、△(BH)m的变化如图5，由图可知△Br在5g到20g基本保持不变；△Hcb在5g到10g基本不变，在10g到20g逐渐增大；△Hcj在5g到20g逐渐增大；△(BH)m在5g到20g基本保持不变。频率为250Hz加速度为10g时间分别为10min、15m