[发明专利]一种控制金属富氧燃烧过程的方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属富氧燃烧过程可控的方法及装置，所述方法包括如下步骤：(1)制备试样：(2)制备阻燃套筒：(3)安装冷却装置：(4)安装试样：(5)富氧燃烧试验；(6)燃烧试验完成后取出试样。所属装置包括棒状试样，所述棒状试样外部套有阻燃套筒，所述阻燃套筒外部套有冷却装置，所述冷却装置设置进水口和出水口，所述出水口处设有水压安全装置。本发明具有以下优点：便于操作，实验安全性高。阻燃富氧燃烧压力门槛值高(＞69MPa)，燃烧热低，不宜被引燃；适用性高，可用于快速停止多种材料富氧燃烧，特别是富氧下易燃合金；有助于研究金属材料富氧燃烧过程中的燃烧现象、物质传递、元素分布。

技术领域

本发明属于金属燃烧行为测试及失效评价技术领域，涉及一种控制金属富氧燃烧过程的方法及装置。

背景技术

在高温、高压、富氧气氛条件下，绝大多数金属材料会发生一种类似于木材、尼龙等材料的燃烧现象，即金属燃烧。其特征表现为：温度的急剧升高，产生火焰，发出刺眼强光并伴随有热量的剧烈释放。随着国内外大推力火箭发展，对火箭运载能力的要求越来越高，大推力火箭主要采用液氧煤油火箭发动机或液氧液氢火箭发动机，火箭发动机用材料工作环境为高压、高温、富氧，因此存在着燃烧的风险。如：1980年，约翰逊航天中心试验场发生爆炸，现场发现此爆炸由发动机第二级铝制调节阀燃烧引起；美国马歇尔航空中心116试验台用316L、A286不锈钢制成的衬垫和活塞在35MPa高压富氧下发生燃烧并引起系统爆炸。国内外见诸报道的研究工作及其相关文献专利表明，高温合金、铜合金、不锈钢类材料在富氧条件下均存在燃烧风险。国内也发明了相应的测试金属材料在富氧条件下燃烧行为的方法与系统。现有分析测试材料燃烧行为的方法和系统仍具有一定的局限性：(1)材料燃烧过程中燃烧行为、燃烧组织、以及物质传递依据燃烧停止后试样进行推断，无法得到验证；(2)一些易燃合金，在极低的氧压下剧烈燃烧，直至燃尽，无法获得有效的燃烧试样对其燃烧行为进行分析。针对以上问题，本发明公开了一种金属富氧燃烧过程可控的方法及装置。

发明内容

本发明提供一种金属富氧燃烧过程可控的方法及装置，通过迅速导出金属材料在富氧条件下燃烧过程中产生的燃烧热，使其燃烧中断的方法与装置。实现对金属材料富氧燃烧过程中组织变化、物质传递、元素分布的研究，为研究金属材料富氧燃烧行为以及阻燃机理提供依据。

本发明主要涉及控制金属富氧燃烧过程的方法及装置，所述方法包括如下步骤：

(1)制作试样：将试样加工成棒状，试样尺寸：直径Φ0.1mm—Φ15mm，长度70-200mm。对试样外表面进行磨抛处理，使表面粗糙度Ra≤0.2μm，目的是使试样与试样外层阻燃层增加接触面积，增加热传导。

(2)制作阻燃套筒：套筒内圆尺寸与上述试样直径尺寸一致，套筒外圆直径等于试样直径+4mm-6mm，长度≥20mm。阻燃套筒与试样紧密套在上述试样上，套筒下表面与试样点燃或引燃端距离，根据实验设定。

(3)安装冷却装置：在阻燃套筒外安装冷却装置，冷却装置为圆筒状，内壁与阻燃套筒外壁紧密配合。在冷却装置出水口上设有安全装置。

(4)安装试样：将安装好阻燃套筒和冷却装置的试样通过固定装置固定在燃烧实验设备的试样架上；

(5)富氧燃烧试验；

(6)燃烧试验完成后取出试样。从试样固定端取下阻燃套筒和冷却装置。

步骤(2)中所述阻燃套筒内表面与试样外表面紧密配合，以便有效传导燃烧热，阻燃套筒采用比测试试样抗燃烧性能好的高Ni合金(镍含量≥70％)或纯Ni。

步骤(3)中所述安全装置通过水压变化检测循环水是否泄露，若发生泄漏设备自动断电并触发设备安全装置，保证实验安全。上述冷却装置采用导热性好的Cu或铜合金制作，并于阻燃套筒紧密配合，以更高效的导出燃烧热；