粒子冲刷对丁羟推进剂燃烧性能影响试验研究

利用X射线实时荧屏分析技术(RTR),开展了粒子冲刷条件下固体推进剂燃烧特性试验研究,获得了冲刷条件下丁羟推进剂燃烧界面动态退移图像和燃速变化规律。结果表明,在不同粒子冲刷速度条件下,丁羟推进剂的燃速均有增大。当粒子冲刷速度大于某一值时,燃面上会有凹坑形成,表明粒子冲刷导致推进剂燃速增加加剧,当冲刷速度小于这一值时,燃面上不会有明显凹坑出现,但在气相冲刷的作用下燃速也会有不同程度地增大,改变粒子浓度对燃速的影响不太明显。

固体火箭发动机喷管扩张段粒子冲刷流场分析

某翼柱形药柱固体火箭发动机喷管扩张段出口部位在试验后出现了与药柱翼槽位置相对应的冲刷痕迹,为了研究Al2O3粒子对喷管扩张段的冲刷规律,对喷管型面改进提供依据,对比了不同湍流模型、颗粒轨道模型对形成冲刷痕迹的影响,分析了发动机喷管扩张段两相流场特征,确定了形成冲刷痕迹的粒径范围,判断了冲刷痕迹的形成时间,提出了喷管型面改进方案。结果表明,喷管扩张段的冲刷痕迹形成于发动机工作的15 s时刻之前,主要由药柱后翼燃烧产物中颗粒粒径分布为10~16μm区间的粒子造成,改进后的喷管型面可有效降低粒子对喷管扩张段的冲刷。

基于粒子流冲刷技术对精密电铸结果分析

针对基于粒子流冲刷技术对精密电铸结果分析问题,介绍了粒子流冲刷技术的试验装置与原理,探讨传统电铸和粒子流冲刷的实验结果,其中主要是对电铸件的微观形貌分析和电铸件的显微硬度的分析,得到对金属镍电铸试验结果,它与传统电铸技术相比,粒子流冲刷精密电铸技术可以有效改变电铸层的微观组织结构,使电铸件表面在晶格生长时生成微细的晶粒,增强铸件的物理机械强度,使精密铸件的机械性能得到了较大提高。

添加有机氟化物的固体复合推进剂对EPDM绝热材料烧蚀特性研究

分别在三组元、四组元固体复合推进剂的基础上制备了添加有机氟化物(OF)的高铝含量(18%)固体复合推进剂,利用高过载烧蚀模拟发动机考察了燃烧室压强为7MPa的条件下,上述推进剂对于三元乙丙橡胶绝(EPDM)热材料的烧蚀特性。结果表明,在OF为3%取代添加量的情况下,添加OF的推进剂配方相比于常规空白配方,对绝热材料的最大线烧蚀率可降低30%以上;对于四组元推进剂,含有OF的推进剂燃烧还能够有效抑制燃烧室的凝聚相沉积。实验通过分析推进剂的燃面特性、高过载烧蚀模拟发动机燃烧室沉积物组成、试验后绝热材料表面炭层结构、推进剂包覆材料表面沉积物形貌,探讨了配方中OF对于降低推进剂烧蚀特性的机理。分析认为,由于添加OF的推进剂燃烧能够形成粒径更小的凝聚相燃烧粒子,从而降低了它们在发动机流场中的动量,进而抑制其对于绝热材料的冲刷作用,致使烧蚀特性下降。

MCrAlYs高温封严涂层制备工艺的优化及其性能

采用真空等离子喷涂与大气等离子喷涂的复合方法在K77基体材料表面制备出具有三层结构的MCrAlYs高温封严涂层,分别测量了涂层的金相组织、结合强度、表面洛氏硬度(HR15Y)以及抗粒子冲刷能力等性能。研究结果表明:喷涂功率是影响高温封严涂层性能的关键因素,喷涂功率高,粒子熔化好、涂层结合好、抗粒子冲刷性能相对较高;但是喷涂功率过高,涂层表面洛氏硬度相对较高,使用过程中,涂层易对转子叶片造成磨损伤害。因此选择合适的喷涂功率以在涂层结合效果与表面硬度之间建立一个平衡是高温封严涂层应用的关键。研究发现:在试验范围内,31kW为最合适的喷涂功率。

TC4钛合金表面两种电弧靶制备TiAlN膜层的摩擦学性能研究

为了改善钛合金表面的摩擦学性能,采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面分别以TiAl合金靶材和Ti、Al独立靶材制备了TiAlN硬质膜层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、划痕仪和显微硬度计研究了TiAlN膜层的结构、形态、硬度和膜基结合强度。利用球-盘磨损试验机和喷射式固体粒子冲蚀试验机研究了TiAlN膜层的摩擦学性能。结果表明:TiAl合金靶材和Ti、Al组合靶制备的TiAlN膜层均显著提高了TC4合金表面的硬度、承载能力、抗滑动磨损和耐固体粒子冲刷磨损性能,但是TiAl合金靶制备的TiAlN膜层晶粒更为细致,其硬度、韧性和膜基结合强度均比Ti、Al独立靶材制备的TiAlN膜层高,因而其抗滑动磨损和耐固体粒子冲刷磨损性能更为优异。

表面粗糙度对PS-PVD YSZ陶瓷层性能的影响

采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用万能拉伸试验机、粒子冲刷仪、静态氧化炉等设备测试PS-PVD YSZ陶瓷涂层的结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能;采用SEM和EDS分析涂层表面、截面形貌和元素分布等。结果表明:表面粗糙度对YSZ陶瓷层拉伸结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能的影响很大。随着粗糙度的增大,结合强度先增大而后减小。Ra=0.40μm表面上沉积的YSZ涂层,其结合强度最高,达到23.5 MPa。拉伸断裂发生在涂层内部,并距离黏结层40~70μm的位置。随着表面粗糙度的增大,冲刷速率先减小而后增大,Ra=0.40μm涂层的抗粒子冲刷性能最好,冲刷速率仅为2.8×10^-3 g/g,表面起伏小和孔隙率低是涂层具有良好抗粒子冲刷性能的重要原因。不同表面粗糙度制备的YSZ涂层均能生成致密连续的热生长氧化物(TGO)层。粗糙度大则生长的TGO起伏大,更容易导致局部增厚和应力集中而失效。