一种抗轫致辐射合金材料及其制备方法与应用与流程

本申请涉及屏蔽材料，具体涉及一种抗轫致辐射合金材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、木星是太阳系中体积与质量最大、磁场最强的行星，对其进行探测有助于解决巨行星及太阳系的形成与演化等重大科学问题。随着中国航天水平的不断提高，木星探测也是中国未来深空探测的重点，与其他深空探测任务相比，木星探测的难点在于其恶劣的辐射环境：木星轨道高能粒子能谱具有能量高、通量大、能谱硬的特点，高能粒子能量及通量比地球轨道高1～2个数量级，它们对探测器各种结构件、功能件造成严重影响，因此常将关键单机或元器件放入屏蔽盒中进行防护。

2、木星系高能粒子遇上屏蔽材料，相互碰撞的过程中与原子核外电子发生相互作用，高能粒子速度逐渐减慢，改变运动方向，能量损失。当屏蔽材料厚度大于带电粒子在该材料中的射程时，入射的高能粒子能量被慢慢耗尽，高能粒子会变成中性原子留在屏蔽材料中，而不会对屏蔽材料内部放置的电子元器件产生影响。但当高能带电粒子能量增大到1mev，其与屏蔽材料作用，能量降低并以x射线的方式辐射，称为轫致辐射，带电粒子能量越高，产生的轫致辐射越大。

3、因此，研发出能够适合用于木星探测器屏蔽盒的抗轫致辐射的材料，是值得研究的课题。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中的不足之处，本申请提供一种抗轫致辐射合金材料及其制备方法，设计内部微观结构，探究不同析出相体积分数的镁合金的抗轫致辐射能力，所述的合金材料可用于制备木星探测器屏蔽盒。

2、技术方案：本发明所提供的抗轫致辐射合金材料，成分包括镁93～97％、铝2.5～3.5％以及少量的锰、锌、硅、钙、铁、镍。所述的合金材料具有析出的mg17al12强化相，所述的强化相体积分数>1.10％。轫致辐射释放出的能量与带电粒子的质量成反比，与屏蔽材料原子序数的平方成正比，因此低原子序数材料更适合制作木星屏蔽盒材料。对于本发明来说，优选镁合金，镁合金密度低，强度好，抗冲击，符合航天探测的需求。

3、本发明还公开了上述抗轫致辐射合金材料的制备方法：包括如下步骤：

4、步骤(1)按照合金成分配比，称取相应的金属原料，采用真空熔炼法制备得到镁合金板；

5、步骤(2)对镁合金板表面进行打磨、除油处理；处理后进行机械抛光，去除划痕；

6、步骤(3)将步骤(2)处理后的镁合金板进行压下量为60％±2％的室温轧制，然后进行去应力退火，其温度为250-280℃，时间为10-20min；再进行完全退火，其温度为320-380℃，时间为2-4h，经过两步热处理后，得到2±0.1mm厚的镁合金。

7、具体的，在步骤(1)中，所述的合金成分配比为：镁93-97％、铝2.5-3.5％、锌0.6-1.4％、锰0.2-1.0％、硅0.08％、钙0.04％、铜0.01％、铁0.003％、镍0.001％。

8、具体的，在步骤(2)中，采用砂纸打磨的方式去除镁合金板表面的氧化层，除油方式为酒精或丙酮清洗后烘干。

9、具体的，步骤(2)使用金刚石抛光膏进行机械抛光，无较大且长的划痕后就使用二氧化硅悬浮抛光液抛去细小点状划痕。

10、具体的，步骤(3)中所述的去应力退火，优选温度为260℃，优选时间为15min。

11、具体的，步骤(3)中所述的完全退火，优选温度为350℃，优选时间为3h。

12、进一步的，步骤(3)轧制过程中镁合金板出现弯曲现象时，将板以45度角进入轧机进行矫直。

13、本发明还提供了上述合金材料的应用，将上述合金材料用于抗轫致辐射。

14、具体的，上述合金材料用于木星探测器屏蔽盒的制备。

15、有益效果：采用本发明所述的方法，可以使得合金材料内部mg17al12强化相增多，增大弥散分布程度。本发明设计了镁合金内部微观结构，控制其内部析出相体积分数，使得其能抵御能量大于1mev电子撞击材料时产生的轫致辐射，延长了镁合金制备出的木星屏蔽盒在太空环境中的服役时间。

16、在高能粒子能量大于1mev时，轫致辐射会变得很重要，甚至起主导作用。据其特点，碰上高原子序数材料，会产生比原先更多的辐射，出现“越挡越乱”的情况。因此采用低原子序数材料镁合金来制作屏蔽盒材料。当屏蔽材料厚度大于带电粒子在该材料中的射程时，入射的高能粒子能量被慢慢耗尽，高能粒子会变成中性原子留在屏蔽材料中，而不会对屏蔽材料内部放置的电子元器件产生影响。但一直增加镁合金材料厚度，显然不是明智之举，与航天轻量化发展主题相悖，因此如何设计镁合金内部结构，使之在同等厚度下，通过内部微观结构的改变，而对抗轫致辐射产生效果，这具有非常重大的研究意义。

技术特征：

1.一种抗轫致辐射合金材料，其特征在于，所述合金材料成分包括镁93～97％、铝2.5～3.5％以及锰、锌、硅、钙、铁、镍；所述的合金材料具有析出的mg17al12强化相，所述的强化相体积分数>1.10％。

2.权利要求1所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)按照合金成分配比，称取相应的金属原料，采用真空熔炼法制备得到镁合金板；

3.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，所述的合金成分配比为：镁93-97％、铝2.5-3.5％、锌0.6-1.4％、锰0.2-1.0％、硅0.08％、钙0.04％、铜0.01％、铁0.003％、镍0.001％。

4.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用砂纸打磨的方式去除镁合金板表面的氧化层，除油方式为酒精或丙酮清洗后烘干。

5.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)使用金刚石抛光膏进行机械抛光，无较大且长的划痕后就使用二氧化硅悬浮抛光液抛去细小点状划痕。

6.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的去应力退火，优选温度为260℃，优选时间为15min。

7.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的完全退火，优选温度为350℃，优选时间为3h。

8.根据权利要求2所述的抗轫致辐射合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)轧制过程中镁合金板出现弯曲现象时，将板以45度角进入轧机进行矫直。

9.权利要求1所述的抗轫致辐射合金材料的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，用于木星探测器屏蔽盒的制备。

技术总结
本申请涉及屏蔽材料技术领域，公开一种抗轫致辐射合金材料及其制备方法与应用。所述合金材料成分包括镁93～97％、铝2.5～3.5％以及少量的锰、锌、硅、钙、铁、镍。所述的合金材料具有析出的Mg<subgt;17</subgt;Al<subgt;12</subgt;强化相，所述的强化相体积分数>1.10％。所述制备方法包括：采用真空熔炼法制备得到镁合金板；打磨、除油处理；及机械抛光，去除划痕；然后处理后的镁合金板进行压下量为60％±2％的室温轧制，然后进行去应力退火及完全退火，经过两步热处理后，得到2±0.1mm厚的镁合金。采用本发明所述的方法，可以设计镁合金内部微观结构，控制其内部析出相体积分数，延长了镁合金制备出的木星屏蔽盒在太空环境中的服役时间。

技术研发人员：凌鑫楠,于连旭,马志俊,缪瀛纬,马步洋
受保护的技术使用者：江苏美特林科特殊合金股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4