一种防钛火阻燃涂层的阻燃性能测试方法

摘要

本发明属于金属材料表面改性及涂层技术领域，涉及一种防钛火阻燃涂层的阻燃性能测试方法。以一端带顶角的涂层转子试样和中心带圆孔的涂层静子试样构成的摩擦副作为点火源，将摩擦点燃时间作为控制参数，将预混气流温度、压力和氧浓度等其它参数固定于某一数值，通过计算机软件程序控制气流换向阀，增加或减少摩擦点燃时间，直至获得多个点燃和不燃的试验测试点，将这些试验测试点填入预制表格，当静子试样点燃与不燃对应的摩擦点燃时间之差小于等于0.1s时，将静子试样不燃对应的摩擦点燃时间定义为临界摩擦点燃时间，继续重复10次试验，若静子试样均不燃，则该临界摩擦点燃时间定量描述了试样点燃与不燃的边界，即定量表征了被测试防钛火阻燃涂层的阻燃性能。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面改性及涂层技术领域，涉及一种防钛火阻燃涂层的阻燃性能测试方法。

背景技术

在高性能航空发动机中，压气机钛合金零部件承载着高温、高压和高载荷的作用，当叶片与机匣发生摩擦，在较短的时间内引发钛的燃烧，即产生钛火事故，造成叶片烧损、机匣烧穿，甚至整个发动机烧毁。除了国外发生过100多起钛火事故，近年我国在研先进发动机试车时也发生过几起钛火，不仅造成巨大经济损失，也严重影响了发动机设计对高温钛合金使用的信心，致使先进发动机中钛合金用量与设计目标还有较大差距。阻燃涂层成为有效预防钛火、保障发动机安全服役的关键技术之一。比如，在机匣内壁制备了陶瓷与易磨耗封严复合的阻燃涂层，对应叶尖上涂覆了氮化硼，避免了钛合金转子与静子直接摩擦过热，为著名的EJ200发动机降低钛火危险提供了技术支撑。

阻燃性能是防钛火阻燃涂层使用安全性的重要依据，为发动机设计选材的关键性能指标之一，通常采用燃烧过程涉及的基本特性来度量，国际上至今尚未形成统一评价方法和标准。美国建立了激光燃烧试验技术，在赖特-帕特森空军基地和普惠公司以Ti-811,Ti-6242等高温钛合金为基体，采用着火温度和压力对Cr-Mo-Al等10余种阻燃涂层的阻燃性能进行测试与评价，为阻燃涂层与先进高温钛合金在高推重比发动机上大量应用提供了工程判据。俄罗斯(前苏联)建立了摩擦燃烧试验技术，在Аи-25发动机高压压气机模拟环境中，对防钛火阻燃涂层技术的有效性进行了试验验证。由于技术封锁等原因，国内阻燃性能评价与验证技术发展缓慢。

发明内容

本发明的目的是针对航空发动机防钛火阻燃涂层的阻燃性能评价方法未建立而提出一种控制参数精确、易于操作的定量表征方法。

本发明的技术方案是，提供一种防钛火阻燃涂层的阻燃性能测试方法，包括供气系统、推压设备、转动设备、计时器、固定装置、动摩擦块和静摩擦块；动摩擦块和静摩擦块均为钛合金，且在钛合金外表面涂覆有防钛火阻燃涂层；动摩擦块为多个，且尺寸、结构和材料完全相同；静摩擦块为多个，且尺寸、结构和材料完全相同；

动摩擦块固定安装在转动设备上，由转动设备驱动并旋转；动摩擦块为楔形，楔形中心线为动摩擦块的旋转中心线；所述动摩擦块的转速为3000～12000r/min；

静摩擦块固定安装在固定装置上，静摩擦块上开有通孔；

供气系统用于提供富氧气体环境，使得动摩擦块和静摩擦块处于富氧气体环境中，富氧气体环境的氧气浓度为21％～100％；

推压设备用于为动摩擦块提供推力，所述的推力为100牛～300牛；

具体包括如下步骤：

步骤一、使得静摩擦块通孔的中心线与动摩擦块的中心线重合，且保持动摩擦块处于旋转状态；设定摩擦时间T的初始值和时间步长a的初始值；

步骤二、对动摩擦块施加推力，将动摩擦块的楔头在旋转状态中向静摩擦块的通孔贴靠，按照当前设定的摩擦时间，使得动摩擦块的楔头与静摩擦块的通孔孔口进行摩擦；

步骤三、摩擦结束后，将动摩擦块和静摩擦块取下，并对静摩擦块摩擦部位进行检测，判断静摩擦块是否发生燃烧，如果发生燃烧，则更换动摩擦块和静摩擦块，设定摩擦时间T＝T-a，并次执行步骤二；如果未发生燃烧，将当前的摩擦时间T作为阻燃性能测试值。

进一步的，所述的动摩擦块的转速为6000r/min。

进一步的，所述的动摩擦块的楔头的角度为90°～120°。

进一步的，所述摩擦时间T的初始值不超过60秒。

进一步的，时间步长a的初始值为1秒、0.1秒或0.01秒。

进一步的，静摩擦块通孔直径为3～5mm。

进一步的，静摩擦块和动摩擦块材质相同。

附图说明

图1为本方法的测试原理示意图；

其中：1-推压设备、2-转动设备、3-固定装置、4-动摩擦块、5-静摩擦块、6-楔头、7-通孔。

具体实施方式

结合附图具体提供一种防钛火阻燃涂层的阻燃性能测试方法，包括供气系统、推压设备、转动设备、计时器、固定装置、动摩擦块和静摩擦块；动摩擦块和静摩擦块均为钛合金，且材质相同，且在钛合金外表面涂覆有防钛火阻燃涂层；动摩擦块为多个，且尺寸、结构和材料完全相同；静摩擦块为多个，且尺寸、结构和材料完全相同；

动摩擦块固定安装在转动设备上，由转动设备驱动并旋转；动摩擦块为楔形，楔形中心线为动摩擦块的旋转中心线；所述动摩擦块的转速为6000r/min；

静摩擦块固定安装在固定装置上，静摩擦块上开有通孔；

供气系统用于提供富氧气体环境，使得动摩擦块和静摩擦块处于富氧气体环境中，富氧气体环境的氧气浓度为21％～100％；

推压设备用于为动摩擦块提供推力，所述的推力为100牛～300牛；

具体包括如下步骤：

步骤一、使得静摩擦块通孔的中心线与动摩擦块的中心线重合，且保持动摩擦块处于旋转状态；设定摩擦时间T的初始值为60秒和时间步长a的初始值为0.1秒；

步骤二、对动摩擦块施加推力，将动摩擦块的楔头在旋转状态中向静摩擦块的通孔贴靠，按照当前设定的摩擦时间，使得动摩擦块的楔头与静摩擦块的通孔孔口进行摩擦；

步骤三、摩擦结束后，将动摩擦块和静摩擦块取下，并对静摩擦块摩擦部位进行检测，判断静摩擦块是否发生燃烧，如果发生燃烧，则更换动摩擦块和静摩擦块，设定摩擦时间T＝T-a，并次执行步骤二；如果未发生燃烧，将当前的摩擦时间T作为阻燃性能测试值；

其中，所述的动摩擦块的楔头的角度为90°～120°；静摩擦块通孔直径为3～5mm。