发布日期：2024-10-23 00:59 点击次数：88
燃油喷嘴不错将航空燃料运输至点火室,而况进行喷雾,燃油雾化成果凯旋影响燃料在点火室的点火性能。在航空发动机使命经过中,喷嘴处于一个高温、富油的环境,航空燃料的自己特质和喷嘴材料某些金属元素的催化作用使航空燃料在喷嘴内壁和喷嘴口端部产生积碳结焦[1-4]。结焦积碳累积到一定进程就会使航空发动机的性能显贵着落、燃油消费增大、裁汰发动机的使用寿命,甚而产生安全事故[5]。跟着航空遨游器遨游速率束缚加速,发动机的热负荷越来越大,航空发动机喷嘴结焦缓缓成为平庸珍视的问题之一。
现在国表里防止结焦的规律主要有：向燃料中添加防止剂、校正喷嘴结构、禁受新式材料和材料名义惩办等[6-9]。航空发动机喷嘴的结构复杂,其中大部分零部件禁受GH605高温合金,该合金是由质地分数为20%的Cr元素和质地分数为15%的W元素固溶强化惩办变成的钴基高温合金,在815 ℃以下具有中等合手久强度和蠕变强度,在1 090 ℃下具有考究的抗氧化性能,还具有优良的成形性能和焊合性能等。高温要求下,合金名义易发生氧化,其名义现象发生改变[10]。因此,有必要对喷嘴合金在高温下的氧化举止进行分析,并覆按氧化后名义现象对后续结焦举止的影响。笔者在不同温度下对GH605高温合金进行氧化考试,以RP-3航空煤油为原料权衡了合金名义现象变化对结焦举止的影响,权衡收尾可为航空发动机的安全褂讪运行提供表面守旧。
1. 考试材料与考试规律
1.1 考试材料
氧化考试和结焦考试所用的材料为航空发动机喷嘴常用材料GH605高温合金,其化学要素如表1所示,考试材料的化学要素中意GB/T 14992—2005 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和招牌》的要求。禁受线切割表情将合金棒材切成尺寸（长度×宽度×高度）为30 mm×20 mm×1 mm的试样,并步骤用400,800,1 200目（1目=25.4 mm）的砂纸打磨,然后期骗抛光机进行抛光惩办,终末放入酒精溶液中备用。
Table 1. GH605合金的化学要素
格式
质地分数
C
Cr
Ni
W
Mn
Fe
Si
P
S
Co
实测值
0.09
20.12
9.87
14.83
1.25
0.84
0.23
0.02
0.01
52.74
程序值
0.05~0.15
19~21
9~11
14~16
1~2
≤3
≤0.4
≤0.04
≤0.03
余量
考试所用RP-3航空煤油的外不雅露出透明,无悬浮物,其物感性质和主要组分如表2所示。
Table 2. RP-3航空煤油的物感性质
格式
临界温度/℃
临界压力/MPa
密度/（kg·m－3）
闪点/℃
馏程/℃
总酸值（KOH）/（mg·g－1）
组分的质地分数/%
平均化学构成
平均相对分子质地
链烷烃
环烷烃
芳醇烃
烯烃
其他
实测值
372.5
2.39
790
50
163~212
53
36
8
2
C10.5H22
148.33
1.2 考试规律
氧化考试在马弗炉中进行,马弗炉恒温区尺寸（长度×宽度）为30 cm×20 cm。氧化温度鉴别设定为600,700,800,900,1 000 ℃,保温时辰为5 h。升温情保温经过由马弗炉自动电控系统收尾,升温速率建筑为5 ℃/min,保温终了后总共试样均随炉冷却。在900 ℃恒温下对试样鉴别进行不同手艺的氧化惩办,氧化时辰鉴别为2,4,6,8,10,12 h,对GH605合金进行氧化能源学权衡。
航空煤油结焦考试安装如图1所示。禁受的计量泵为平流泵,泵的压力为0~8 MPa,流量为0~80 mL/min,流量的收尾精度为±1%。预热经过和加热经过禁受管式炉加热。领先将试样放在好处的管式结焦反映器中,封锁反映器,并将试样放入管式炉石英管中央,按照图1所示和洽管路元件。冷凝器聘用板式换热器,禁受水冷表情,通过收尾后端背压阀改造结焦反映器内的压力。背压阀压力改造量程为0~10 MPa。背压阀属于精密仪器,为陷落结焦反映器中产生的焦炭颗粒插足背压阀,在背压阀前边增设一个过滤器。煤油经背压阀泄压后插足废物集聚罐彩娱乐。
图 1 航空煤油结焦考试安装暗意
2. 考试收尾与询查
2.1 GH605合金氧化能源学举止
GH605高温合金试样在空气腻烦中氧化,试样氧化的单元名义积增重弧线如图2所示。由图2(a)可知：在不同温度下氧化5 h后,试样名义均有增重,且跟着氧化温度的升高,试样的单元名义积增重彰着增大,施展温度对氧化速率有较大的影响。由合金的氧化机制可知,合金名义一朝变成运转氧化层,后续氧化经过需要金属离子穿过氧化层向外概况氧离子穿过氧化膜向内智力合手续进行。在较高温度下,金属离子和氧离子的活性较高,扩散反映速率加速。
图 2 GH605合金试样在空气腻烦中氧化的单元名义积增重弧线
由图2(b)可知：在总共这个词氧化经过中,GH605合金的单元名义积增重呈抛物线趋势,适应Wagner抛物线氧化表面；经过12 h氧化后,试样的单元名义积增重缓缓趋于褂讪,约为0.65 mg/cm2。氧化动手时,试样名义金属粒子和氧气凯旋战役,遍及金属粒子发生氧化反映,因此反映较快；当氧化层增大到一定厚度时,由于氧化膜的散伙作用,金属粒子向外扩散难度加大,氧气向内扩散难度也加大,氧化速率缓缓变慢。
2.2 GH605合金微不雅分析
在不同温度下氧化5 h后,GH605合金试样名义的SEM刻画和能谱分析收尾如图3所示。由图3可知：试样名义均主要含有O、Co、Cr、W、Ni、Mn等元素,其中Au元素是由SEM分析时名义喷金引入的；当氧化温度为600 ℃时,试样名义氧化膜光滑平整,试样名义以Co、Cr、W和Ni等基体元素为主,各元素的含量与基体元素各别较小,施展试样名义氧化膜较薄；氧化温度升高到700 ℃时,试样名义动手出现鳞片状氧化物,氧化物缓缓堆积并具有一定的厚度,Co、W、Ni等基体元素的含量略有减小,O、Mn、Cr等元素的含量增大；当氧化温度为800 ℃时,试样名义鳞片状氧化物较少,氧化物长大荟萃,呈较大的块状刻画,该温度下变成的氧化物更厚,Cr元素的质地分数为27.92%,而基体元素Co的质地分数着落为33.98%；当氧化温度为900 ℃时,试样名义被一层均匀细密的氧化层掩饰,试样名义Co元修养量分数贬低为5.64%,Cr元素的质地分数为61.17%,Mn元素的质地分数增大到9.92%,而W元素和Ni元素的质地分数鉴别减小至0.70%和0.66%。
图 3 不同温度下氧化5 h后GH605合金试样名义的SEM刻画和能谱分析收尾
在不同温度下氧化5 h后,GH605合金试样名义的X射线衍射（XRD）分析收尾如图4所示。由图4可知：不同温度下获取氧化试样名义的物相构成不同,名义除了基体相外,氧化居品主要为CoO、Cr2O3、尖晶石结构的（Co,Ni,Mn）Cr2O4等；当氧化温度为600 ℃时,合金试样名义氧化物较少,主要以基体相为主；氧化温度升高到700 ℃和800 ℃时,合金试样名义氧化物动手增加,主要含有Cr2O3及小数的CoO和CoCr2O4,温度为700~800 ℃时,Co元素和Cr元素会与空气中的氧反映,生成CoO和Cr2O3,这两种氧化物缓缓累积,在最外层变成夹杂氧化层,高温下CoO会和Cr2O3反映生成CoCr2O4尖晶石,而且跟着氧化温度的升高,两种氧化物对应的衍射峰值越来越高,施展生成CoCr2O4尖晶石的反映增强；当氧化温度为900 ℃时,基体合金中其他相对含量较少的元素也会向外穿过CoO和Cr2O3夹杂氧化层,与空气战役,并被氧化为各自对应的氧化物,如MnO等,这些氧化物会和Cr2O3反映生成MnCr2O4尖晶石等。
图 4 不同温度下氧化5 h后GH605合金试样名义的XRD分析收尾
2.3 合金氧化膜的结焦举止
对不同温度下变成的氧化膜进行结焦举止权衡,以RP-3航空煤油行为原料,在700 ℃、2 MPa要求下进行结焦考试,考试高温反映时辰鉴别为1 h和5 h。图5是氧化后的GH605合金试样结焦单元名义积增重收尾。由图5可知：经过600~900 ℃空气氧化后,在调换的结焦时辰要求下,氧化试样名义和空缺试样的单元名义积增重进出较小,施展空气中氧化变成的氧化层对结焦积碳莫得彰着影响；当氧化温度较高时,尤其在900 ℃下变成的氧化层试样单元名义积增重略有着落,主要原因是在较高温度下氧化层较厚,并出现了一定量的褂讪尖晶石氧化物。不错明确的是,固然GH605合金名义生成了氧化膜,但航空煤油的结焦量并莫得获取彰着改善。
图 5 氧化后的GH605合金试样结焦单元名义积增重收尾
图6是900 ℃氧化后GH605合金试样名义焦炭的SEM刻画。由图6可知：结焦1 h后,焦炭主要由丝状和夹杂的颗粒状焦炭构成,这是典型的催化结焦；结焦5 h后,试样名义变成了一层较厚的无定型颗粒状焦炭,此时结焦以非催化生焦为主。
图 6 900 ℃氧化后GH605合金试样名义焦炭SEM刻画
在高温空气要求下,GH605合金变成的氧化层名义主要含有Co、Cr元素的氧化物,固然Ni元素的含量彰着贬低,被氧化膜所屏蔽,然则在高温下变成的氧化膜中仍含有较多的Co元素。在高温要求下,Co元素对航油烃类具有较强的脱氢催化生焦作用[11],弘扬为材料名义变成严重的丝状催化结焦。跟着结焦时辰的延迟,具有催化作用的元素被掩饰,试样名义变成较厚的无定型颗粒状焦炭,结焦以非催化生焦为主。
3. 论断
（1） GH605高温合金在空气中的氧化能源学中意抛物线规则,跟着氧化时辰的延迟,合金的氧化增重速率缓缓贬低,具有较好的抗高温氧化性能。
（2） GH605高温合金名义氧化层主要由Cr2O3和(Mn, Co, Ni)Cr2O4尖晶石构成,跟着氧化温度的升高,尖晶石氧化物缓缓增加,名义Ni、W元素彰着减少,但仍含有一定量的Co元素。
（3） GH605高温合金氧化后煤油初生焦以典型的催化丝状焦为主,高温氧假名义的Co元素起到催化生焦的作用,合金名义氧化膜对航油的结焦举止莫得彰着防止作用。
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