[發明專利]一種四氧化二氮的電化學試驗測試裝置

在審

• 申請號: 202310944419.1
• 申請日: 2023-07-31
• 公開（公告）號: CN116660335A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 唐占梅;江曼慈;彭崢;張在娟;郭偉;馬軍強;方濤
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所
• 主分類號: G01N27/28
• 分類號: G01N27/28;G01N27/416
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 王會林

本發明屬于特殊介質電化學試驗測試技術領域，提供一種四氧化二氮的電化學試驗測試裝置，包括電化學電解池、恒溫水槽以及電化學工作站。電化學電解池包括電解池體、電解桶和電解池蓋。電解池體具有容納空間，并且電解池體為夾層中空結構，夾層中空結構與恒溫水槽循環連接，用于為容納空間提供恒溫環境。電解桶嵌設在容納空間中，電解桶采用聚四氟乙烯材料制作，用于容納四氧化二氮。電解池蓋與電解池體密封連接，以封閉四氧化二氮，工作電極、輔助電極和參比電極的一端分別穿過電解池蓋與四氧化二氮接觸，另一端與電化學工作站連接。通過構造Nsubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;推進劑與金屬材料相容性環境條件進行電化學腐蝕反應測試，為推進劑加速壽命評估技術研究提供有力支撐。

技術領域

本發明屬于特殊介質電化學試驗測試技術領域，具體地說，涉及一種四氧化二氮的電化學試驗測試裝置。

背景技術

四氧化二氮（N₂O₄）具有密度大、比沖高及強氧化性，作為雙組元液體推進系統的氧化劑，廣泛應用在運載火箭、導彈、魚雷和軌道控制等方面。純N₂O₄是無色的，但制成品通常是黃褐色高密度液體，這是因為存在如下平衡反應N₂O₄NO2，無水四氧化二氮對金屬的腐蝕性很小。但是，N₂O₄在生產和使用過程中極易吸收水分生成HNO₃、HNO₂、NO、N₂O₃等，其中硝酸與亞硝酸的存在使其對金屬材料具有強腐蝕性。

研究發現，隨著水含量的增加，N₂O₄對金屬材料尤其是鋁合金的腐蝕顯著增強。此外，四氧化二氮對不銹鋼和鋁合金的腐蝕形成的腐蝕產物容易造成推進劑系統的濾網、電磁閥和噴嘴的堵塞，從而影響發動機工作的安全可靠性。盡管推進劑級四氧化二氮中含水量要求極低，但其中還是有微量的游離水及化合水存在，對金屬材料存在一定的腐蝕作用。在實際應用中，雖然推進劑中使用的是一級相容性材料，但是，在長期例如10年或以上的貯存或使用過程中，即使較小的腐蝕速率，通過長期積累也會形成較多的腐蝕產物，以致影響整個推進劑系統性能的可靠性。

因此，開展推進劑與材料的腐蝕行為及腐蝕機理研究，掌握材料在推進劑中的腐蝕特性及其長期腐蝕趨勢，是保證推進系統可靠工作的必然要求。電化學試驗方法是研究金屬腐蝕快速有效的測試方法，可以在較短的時間內獲得金屬在推進劑中的電化學腐蝕機理及腐蝕動力學參數。

美國噴氣推進實驗室（AFRPL）采用電化學試驗方法研究了材料在N₂O₄中的相容性，通過向N₂O₄中加入一定量的水形成高濃度的HNO₃，研究了HNO₃-N₂O₄體系中的電化學現象。實驗結果表明，隨著水分含量增加，體系的內阻減小，腐蝕加劇。由于體系具有強烈的化學活性和表面張力，當水體積分數為1%~2%時，都會生成少部分高濃度的硝酸。在實際貯存中，盡管整體的含水量可能相當低，但也必須考慮這種在高濃度酸腐蝕狀態。

然而，N₂O₄推進劑中開展電化學測試難度高。一方面，由于符合標準的N₂O₄推進劑阻抗高，腐蝕反應電流低，監測難度高。AFRPL當時應用的設備也并未測試出典型的電化學反應曲線，而只是往推進劑中增加水，從而增大推進劑中離子含量，降低推進劑的阻抗，測試了水含量對其電化學腐蝕電流的影響規律以及外推美軍標下推進劑的腐蝕特性。另一方面，N₂O₄具有毒性、蒸汽壓高、強刺激性、強腐蝕性等特性，對電化學測試裝置及電極提出了極大的挑戰。

傳統的電化學測試體系存在以下缺點：

（1）不能適用于高蒸汽壓，只能在室溫常壓下進行。