电化学微孔腐蚀抑制铝合金微波器件表面二次电子发射系数的研究

The multipactor effect on the surface of aluminum alloy in microwave devices has been one of the key factors influencing the satellite communication and high power space devices. This project is to restrain the secondary electron emission coefficient, by forming controlled micro-pole dispersion on the inner surface of aluminum alloy devices through electrochemical corrosion and adopting the silver process used in aerial parts manufacturing to form micro traps on the surface, without changing the structure of the devices or the circuit design. In the project, the effect of composition on the porous corrosion will be studied on both the thermodynamic and kenetic sides, and the corrosion mechanism under different conditions will also be investigated so as to effectively control the micro-trap structure in aluminum alloy microwave devices. In addition, the diffuse reflection of secondary electrons in different micro-trap structures under strong electric field will be explored and the structure-activity relationship between the micro-traps and the secondary electron emission coefficients will be established accordingly. Therefore, the theory and application principle of restraining secondary electron emission by micro traps could be constructed.

微波器件用铝合金表面二次电子倍增效应已经成为关系到卫星通讯应用和空间大功率设备成败的重要因素之一。本项目拟在不改变微波器件的结构和电路设计的基础上，通过电化学腐蚀对铝合金微波器件内表面处理形成可控的微孔分布，并采用航空部件镀银的方法在样品表面形成微陷阱结构，实现对二次电子发射系数的抑制。本项目从热力学和动力学方向探索铝合金体系中合金组分的互作用对电化学腐蚀的影响规律，研究不同腐蚀条件下腐蚀机理，实现铝合金电化学腐蚀对微陷阱结构的有效控制。探讨在强电场条件下，二次电子在不同微陷阱结构中的漫反射规律，建立微陷阱结构与二次电子发射系数的构效关系，为利用微陷阱结构抑制二次电子发射提供理论依据和应用基础。

研究了多种表面微陷阱结构中的二次电子漫反射过程，即二次电子运动轨迹及其能量损失过程；二次电子漫反射的Monte-Carlo模拟结果表明圆柱形腐蚀孔相对于其他形状的腐蚀孔对二次电子发射有更好的抑制效果；同时还分析了不同材料（Au、Ag、Cu、Al）微陷阱结构特征尺寸对表面平均二次电子发射系数(SEY)的影响规律，发现相对于光滑表面，表面的微陷阱结构可以有效地降低二次电子发射系数，深宽比越大，SEY抑制效果越好，微孔的深宽比为4 时抑制微放电效应效果最佳。. 研究了铝合金在腐蚀过程中的温度，电流密度，腐蚀时间和腐蚀剂的选择与腐蚀结构的对应关系；研究了不同腐蚀条件下的腐蚀机理，实现了铝合金电化学腐蚀对微陷阱结构部分的有效控制。. 采用前期腐蚀优化工艺对航空材料进行处理并镀银，通过表面阻抗和SEY的初步分析，可以看出电化学腐蚀对于铝合金的表面阻抗几乎没有任何影响，但是二次电子发射系数有了良好的改善，E1也有很大的提高。同时得到不同的腐蚀工艺对于SEY的影响关系，实现了表面形貌和二次电子发射系数对应关系的建立，为后续工作起到了指导性作用。. 此外，基于第一性原理的理论，用Materials Studio软件的CASTEP模块，通过对结合能、电子态密度及PDOS图等模拟计算氯离子腐蚀铝的过程；同时用DMol3等模块建立模拟铝板表面的超级晶胞，计算了三种铝腐蚀常用缓蚀剂吡啶、吡咯、咪唑在铝表面的吸附反应，发现水的参与有利于缓蚀剂分子吸附，增强缓蚀剂的作用。计算对深刻理解铝腐蚀的机理具有重要的意义。