[发明专利]封严涂层高速高温可磨耗试验机及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨耗试验设备及方法，尤其涉及一种封严涂层高速高温可磨耗试验机及实验方法。

背景技术

可磨耗封严材料在密封结构中的应用可以有效减少涡轮机械动静配副之间的气路损失，提高机械效率，其典型应用是燃气涡轮发动机领域，包括航空发动机、地面燃气轮机、船用燃气轮机等。燃气涡轮发动机封严结构材料（包括封严涂层）在高速高温气流环境中工作，要求很高的综合性能，包括高温结构强度及稳定性、结合强度，抗冲蚀性能、抗热震性能等。封严材料的典型性能是可磨耗性能，即封严材料与高速转动部件发生摩擦作用时，理想的封严材料会承受全部的磨损磨耗，转动部件（叶片或篦齿）不发生损伤或者可容忍的损伤。封严结构动静配副材料之间的刮削现象可以归纳为复杂、极端工况下固体与固体之间的摩擦学问题，但是目前科学界对固-固摩擦的机理尚未形成完整、系统的理论，世界上对封严材料可磨耗性能研究依然主要依靠试验技术。

自上世纪五十年代以来，针对航空涡轮发动机气路密封以及可刮削封严涂层材料的研究衍生出多种试验方法及相关设备：如早期的硬度法与硬度划痕法，后来发展出滑动磨损法、车削法、冲击刮削法与单摆冲击划痕法，对应的设备从前期传统的的硬度测试仪发展到后来的销盘摩擦磨损试验机，后期的单摆冲击试验机对封严材料的针对性更强，但是它们的共同不足是与实际工况的高速刮擦磨损还有很大距离。

有研究表明，当刮削线速度超过100m/s时，材料磨损磨耗机理会发生很大的转变。现有技术的滑动型磨耗试验机和试验方法并不能良好地符合实际装置零件中的刮擦式磨耗特性。因此，实际零部件中产生的摩擦磨损和试验得到的结果之间的一致性很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能模拟真实工况下的磨耗磨损、实际磨耗磨损与试验结果一致性好的封严涂层高速高温可磨耗试验机及实验方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的封严涂层高速高温可磨耗试验机，包括轮盘、火焰加热装置、试样工装。所述轮盘的边缘部位设有模拟叶片，所述轮盘连接有主轴增速装置，所述试样工装连接有进给装置，所述试样工装的夹持端正对所述轮盘的边缘部位，所述火焰加热装置的火焰喷射端指向所述试样工装的夹持端。

本发明的上述的封严涂层高速高温可磨耗试验机进行封严涂层磨耗试验的方法，包括步骤：

将封严涂层试样和基板安装到试样工装上，调整涂层试样至适合的位置，并确定进给动作的原点；

操作控制软件，使得轮盘及模拟叶片升速至目标转速并保持；

操作火焰加热装置，使得涂层试样温度达到目标温度，并保持；

操作控制软件，使得进给装置控制涂层试样以设定的进给速率进行径向进给运动；

进给完成，关闭各设备，拆卸模拟叶片及涂层试样，对其称重测量，并记录数据；

上述过程中包括以下试验参数制定：

由需要进行试验模拟的叶尖线速度，再根据轮盘-模拟叶片的直径，换算成轮盘主轴转速，即试验的主轴目标转速；

由需要进行试验模拟的单次叶片-涂层刮削深度，再根据轮盘-主轴的转速及轮盘安装模拟叶片的数量计算得到每秒钟刮削次数，单次刮削深度乘以每秒钟刮削次数换算成涂层试样进给的速率；

根据封严涂层使用温度，制定需试验的涂层试样加热温度。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的封严涂层高速高温可磨耗试验机及试验方法，由于包括轮盘、火焰加热装置、试样工装，轮盘的边缘部位设有模拟叶片，轮盘连接有主轴增速装置，试样工装连接有进给装置，试样工装的夹持端正对轮盘的边缘部位，火焰加热装置的火焰喷射端指向试样工装的夹持端，可以模拟真实工矿下的磨耗磨损，较好地用于封严材料高温高速工矿磨耗磨损机理的研究，同时可以测试各种类型封严材料的可磨耗性能，包括石墨基封严涂层、金属基封严涂层、陶瓷基封严涂层等封严材料。

附图说明

图1为本发明实施例提供的封严涂层高速高温可磨耗试验机的结构原理示意图；

图2为本发明实施例中的主轴增速装置的结构原理示意图；

图3为本发明实施例中的模拟叶片安装结构示意图；

图4为本发明实施例中的涂层试样加热部分结构示意图；

图5为本发明实施例中模拟叶片-涂层试样刮削磨损磨耗示意图。