燃油喷嘴不错将航空燃料运输至死亡室,何况进行喷雾,燃油雾化恶果平直影响燃料在死亡室的死亡性能。在航空发动机使命经由中,喷嘴处于一个高温、富油的环境,航空燃料的本人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]。结焦积碳积攒到一定进度就会使航空发动机的性能权臣着落、燃油忽地增大、缩小发动机的使用寿命,甚而产生安全事故[5]。跟着航空航行器航行速率不断加速,发动机的热负荷越来越大,航空发动机喷嘴结焦逐步成为庸碌看重的问题之一。

现在国表里阻扰结焦的标准主要有：向燃料中添加阻扰剂、改造喷嘴结构、选拔新式材料和材料名义措置等[6-9]。航空发动机喷嘴的结构复杂,其中大部分零部件选拔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元素固溶强化措置变成的钴基高温合金,在815 ℃以下具有中等握久强度和蠕变强度,在1 090 ℃下具有精采的抗氧化性能,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,其名义景色发生改变[10]。因此,有必要对喷嘴合金在高温下的氧化行为进行分析,并侦查氧化后名义景色对后续结焦行为的影响。笔者在不同温度下对GH605高温合金进行氧化磨真金不怕火,以RP-3航空煤油为原料相关了合金名义景色变化对结焦行为的影响,联绑缚束可为航空发动机的安全踏实运行提供表面支握。

1. 磨真金不怕火材料与磨真金不怕火标准

1.1 磨真金不怕火材料

氧化磨真金不怕火和结焦磨真金不怕火所用的材料为航空发动机喷嘴常用材料GH605高温合金,其化学身分如表1所示,磨真金不怕火材料的化学身分闲静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。选拔线切割模式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,并次第用400,800,1 200目（1目=25.4 mm）的砂纸打磨,然后欺诈抛光机进行抛光措置,终末放入酒精溶液中备用。

Table 1. GH605合金的化学身分

技俩

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

标准值

0.05~0.15

19~21

9~11

14~16

1~2

≤3

≤0.4

≤0.04

≤0.03

余量

磨真金不怕火所用RP-3航空煤油的外不雅澄澈透明,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

技俩

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 磨真金不怕火标准

氧化磨真金不怕火在马弗炉中进行,马弗炉恒温区尺寸（长度×宽度）为30 cm×20 cm。氧化温度分袂设定为600,700,800,900,1 000 ℃,保温技能为5 h。升慈祥保温经由由马弗炉自动电控系统死心,升温速率竖立为5 ℃/min,保温罢了后通盘试样均随炉冷却。在900 ℃恒温下对试样分袂进行不同技能的氧化措置,氧化技能分袂为2,4,6,8,10,12 h,对GH605合金进行氧化能源学相关。

航空煤油结焦磨真金不怕火安装如图1所示。选拔的计量泵为平流泵,泵的压力为0~8 MPa,流量为0~80 mL/min,流量的死心精度为±1%。预热经由和加热经由选拔管式炉加热。率先将试样放在平正的管式结焦响应器中,闭塞响应器,并将试样放入管式炉石英管中央,按照图1所示相连管路元件。冷凝器取舍板式换热器,选拔水冷模式,通过死心后端背压阀变嫌结焦响应器内的压力。背压阀压力变嫌量程为0~10 MPa。背压阀属于精密仪器,为贯注结焦响应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网罗罐。

图 1 航空煤油结焦磨真金不怕火安装暗示

2. 磨真金不怕火终结与商榷

2.1 GH605合金氧化能源学行为

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显然增大,诠释温度对氧化速率有较大的影响。由合金的氧化机制可知,合金名义一朝变成启动氧化层,后续氧化经由需要金属离子穿过氧化层向外大略氧离子穿过氧化膜向内本事握续进行。在较高温度下,金属离子和氧离子的活性较高,扩散响应速率加速。

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：在通盘氧化经由中,GH605合金的单元名义积增重呈抛物线趋势,合适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逐步趋于踏实,约为0.65 mg/cm2。氧化脱手时,试样名义金属粒子和氧气平直战争,多数金属粒子发生氧化响应,因此响应较快；当氧化层增大到一定厚度时,由于氧化膜的拦阻作用,金属粒子向外扩散难度加大,氧气向内扩散难度也加大,氧化速率逐步变慢。

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描画和能谱分析终结如图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互异较小,诠释试样名义氧化膜较薄；氧化温度升高到700 ℃时,试样名义脱手出现鳞片状氧化物,氧化物逐步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,氧化物长大聚会,呈较大的块状描画,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精致的氧化层掩饰,试样名义Co元提示量分数质问为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元素的质地分数分袂减小至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描画和能谱分析终结

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）分析终结如图4所示。由图4可知：不同温度下获得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脱手加多,主要含有Cr2O3及极少的CoO和CoCr2O4,温度为700~800 ℃时,Co元素和Cr元素会与空气中的氧响应,生成CoO和Cr2O3,这两种氧化物逐步积攒,在最外层变成混杂氧化层,高温下CoO会和Cr2O3响应生成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,诠释生成CoCr2O4尖晶石的响应增强；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混杂氧化层,与空气战争,并被氧化为各自对应的氧化物,如MnO等,这些氧化物会和Cr2O3响应生成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分析终结

2.3 合金氧化膜的结焦行为

对不同温度下变成的氧化膜进行结焦行为相关,以RP-3航空煤油手脚原料,在700 ℃、2 MPa要求下进行结焦磨真金不怕火,磨真金不怕火高温响应技能分袂为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终结。由图5可知：经过600~900 ℃空气氧化后,在疏通的结焦技能要求下,氧化试样名义和空缺试样的单元名义积增重出入较小,诠释空气中氧化变成的氧化层对结焦积碳莫得显然影响；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,并出现了一定量的踏实尖晶石氧化物。不错明确的是,诚然GH605合金名义生成了氧化膜,但航空煤油的结焦量并莫得获得显然改善。

图 5 氧化后的GH605合金试样结焦单元名义积增重终结

图6是900 ℃氧化后GH605合金试样名义焦炭的SEM描画。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描画

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,诚然Ni元素的含量显然质问,被氧化膜所屏蔽,然而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。跟着结焦技能的蔓延,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闲静抛物线规矩,跟着氧化技能的蔓延,合金的氧化增重速率逐步质问,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,尖晶石氧化物逐步加多,名义Ni、W元素显然减少,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行为莫得显然阻扰作用。

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