[发明专利]一种评价封严涂层和材料可刮削性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及封严涂层和材料领域，具体为一种评价封严涂层和材料可刮削性能的方法，通过模拟工况的摩擦磨损对材料的摩擦学性能的评价。

背景技术

封严涂层和材料适用于可刮削的密封摩擦配副，以减小密封间隙，避免配副部件的摩擦损伤，提高密封效率。研究表明：在涡喷发动机气路密封中应用可刮削封严涂层，可使高压涡轮叶尖气路间隙减少0.254mm，燃油效率可提高约1%；使压气机径向间隙减小0.076mm，燃油效率可增加约1%。因此，在航空、舰船、汽车、电力等领域的关键密封部件中，应用该技术都取得了明显效果。

封严涂层和材料的服役工况十分苛刻，在涡喷发动机气路密封中为高速（一般超过百米/秒）和高温（从室温到高达1000℃）刮擦的复杂条件。而且各级部件处于不同的速度和温度参数匹配状况，风扇和压气机段需要的速度高，温度较低（一般低于450℃）；涡轮段则因叶片直径相对较小而速度较低（大约在150～200米/秒），温度则可高达1000℃以上。为保证封严涂层和材料具备可靠的使役性能，首先要求封严涂层和材料在与摩擦副发生接触和摩擦时具备优先被刮削的性能，且对转动部件（发动机的叶片或篦齿等）没有损伤或只产生可容忍的损伤，能准确配合或适应对摩副的形状以保证最适当的工作间隙。同时要求还具有良好的减摩性能以降低摩擦能耗，磨痕表面光滑平整且磨屑细小。针对各个部件所需的工况的不同，需要采用的多种涂层材料包括：易摩橡胶、硅藻土、铝硅合金、镍石墨、镍铬铝钇涂层，及氧化锆和氧化钇复合陶瓷涂层等等，材料则有耐磨自润滑材料和蜂窝材料等。它们除必须具有诸如耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀等基本性能，还要满足在刮擦过程中的“可刮削性（abradability）”。

作为评价封严涂层和材料适用性的重要工程判据，“可刮削性（abradability）”首先要求封严涂层和材料在与摩擦副发生接触和摩擦时具备优先被刮削的性能，对转动部件（发动机的叶片或篦齿等）没有损伤或只产生可容忍的损伤，能准确配合或适应对摩副的形状以保证最适当的工作间隙。同时要求还具有良好的减摩性能以降低摩擦能耗，磨痕表面光滑平整且磨屑细小。

评价封严涂层和材料的可刮削性，必须采用模拟高速高温下刮擦的工况进行实验。已有的研究结果已经表明：采用单纯的测量硬度等机械物理性能和进行常规的磨损实验评价耐磨性，所得出的实验结果在评价可刮削性上与工程实际相差较大，并且对实际应用起不到指导的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评价封严涂层和材料可刮削性能的试验方法，解决现有技术中可刮削性能试验方法存在着实验结果与工程实际情况相差大，无法对实际应用起到指导作用的问题。

为了实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种评价封严涂层和材料可刮削性能的方法，通过在高速高温摩擦磨损试验机上进行模拟工况条件下的刮擦实验，建立磨损机制图，判断适用于服役条件下的涂层和材料，具体包括如下的步骤：

1）根据模拟工况的需要选定具体实验参数，并根据实验参数在计算机上编制实验程序，进行计算机模拟运行，确认过程无误，并保存备用；

此步骤的具体作用是：对设定的转速、温度、刮擦进给参数进行联调，使实验设定操作符合预期目的，并在计算机模拟运行中验证；

2）按照需要的实验参数对试验机进行调试，然后安装摩擦副样品运行试验机采集可直接测量的实验数据；

3）对测得的实验数据进行处理得到一系列汇总实验数据，绘制以实验参数为变量的磨损机制图，根据可刮削性判据判断适用于相应工况条件下的涂层和材料。

所述试验机采用专利号为200910249051.7的中国专利，专利名称：一种高速高温多功能摩擦磨损试验机。

所述试验机转速范围240～24000rpm.，相对运动线速度为10m/s～450m/s，加热温度从室温到1200℃，摩擦副以销/块或环/块方式进行刮擦和摩擦接触。

所述步骤2）对试验机进行调试具体方法为：

（1）设置变频调速参数及加速曲线以达到并控制实验要求的主轴速度；

（2）对测速、测扭矩的扭矩仪进行调零处理，使转动样品销或环的空载速度达到稳定测试要求的条件，未加载时的扭矩值标定为零；

（3）根据实验温度的要求，调节加热区域的大小和位置，进行样品加热控制；

（4）选择转动样品销或环在平动样品块上的接触点，设定平动样品块与转动样品销或环开始刮擦的起点；

（5）选择在平动样品块上的刮擦入侵速度和深度，设定刮擦磨损量。