[發明專利]一種液體火箭發動機用石墨材料氣孔率測試方法

在審

• 申請號: 201710942010.0
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107884324A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 莊宿國;王良;趙偉剛;李志宇;宋勇;任永鋒;楊霞輝
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G06T17/00;G06T7/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 唐沛

技術領域

本發明屬于液體火箭發動機領域，涉及一種液體火箭發動機用石墨材料氣孔率測試方法。

背景技術

端面密封作為液體火箭發動機渦輪泵能量傳動系統的重要組件，主要用于密封液體氧化劑、燃料以及隔離燃氣等，石墨作為端面密封摩擦副的主要材料，如果存在質量隱患，發生故障，將直接影響到發動機的性能和可靠性，甚至產生災難性后果。尤其是對于我國新一代大運載液氧煤油發動機渦輪泵端面密封而言，工作參數不斷提高，振動沖擊環境極為惡劣，并且工作介質具有高壓、低溫、強腐蝕等特點，導致端面密封摩擦副工作環境極為苛刻，因此對石墨材料的質量提出了極高的要求。目前以石墨為關鍵摩擦副材料的端面密封是液體火箭發動機渦輪泵中最主要的軸密封方式，傳統石墨材料的復驗指標為肖氏硬度、抗折強度、抗壓強度、開口氣孔率和體積密度，其中氣孔率是影響石墨材料機械性能的根本因素，若氣孔率偏大，將會導致石墨材料基體疏松、空隙較多、晶粒粗大、密度不均等問題，并且機械強度降低。在高速、高壓、振動沖擊、高溫度梯度及強氧化等工作環境下，若石墨材料的氣孔率不合格，在工作過程中會發生磨損、脫落、破碎甚至起火燃燒等風險。因此，為了確保發動機的可靠性，需準確控制石墨材料的氣孔率。

石墨材料內部空隙分為開口式和閉口式，目前通常采用水煮法粗略計算開口氣孔率的大小，而閉口氣孔率只能間接以密度的形式反應，無法準確反應石墨材料的內部空隙，存在較大的質量風險。

經檢索，JB-T 8133.15-2013《電炭制品物理化學性能試驗方法第15部分：氣孔率》提出了一種全孔氣孔率的測試方法，該方法需將石墨產品加工成小試樣，過70目(0.224mm)標準篩進行篩選，精度不足，而且浸液法與上述水煮法原理一致，無法檢測到試樣內部的微小氣孔；考慮到石墨材料具有密度不均、各向異性的特點，每件石墨材料產品的氣孔率均存在差異性，該方法僅表明試樣局部區域的平均氣孔率，誤差較大。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提出了一種對測量石墨材料無損壞并且測量精準度高的液體火箭發動機用石墨材料氣孔率測試方法。

本發明的技術方案是：

本發明提供了一種液體火箭發動機用石墨材料氣孔率測試方法，包括以下步驟：

1)測量石墨材料的體積V；

2)采用微焦點X光機根據待測石墨材料密度差異對石墨材料的裂紋、空隙進行高精度缺陷檢測形成數據信息，并通過YXLON-CT軟件對檢測的數據信息進行三維重建，獲得待測石墨材料的三維模型；

3)將三維模型導入到VG Studio MAX軟件中，進行缺陷圖像分析；

其中，設定VG Studio MAX軟件中的Noise reduction(降噪)為High adaptive(高-自適應)；

Probability criterion(概率標準)為General(常規)；

Probability threshold(概率閾值)設置為0.1，

通過VG Studio MAX軟件計算得到石墨材料體積缺陷V₁、V₂……V_n；

4)根據步驟3)獲得的體積缺陷，計算石墨材料的氣孔率P：

具體的說，所述微焦點X光機參數設置為：電壓為220kV，電流為0.3mA，積分時間為400ms，濾片為0.5mm鋁片；微焦點X光機的無損檢測最小缺陷檢測能力要求≤0.05mm。

本發明的優點在于：

本發明通過采用微焦點X光機和VG Studio MAX軟件進行高精度缺陷檢測，對石墨材料的缺陷進行統計分析，相對于常規開口氣孔率的測試方法，可以獲得內部閉口式氣孔缺陷值；相對于JB-T 8133.15-2013的全孔氣孔率的測試方法，無需對產品進行破壞處理，通過對實際產品的無損檢測，可以有效排除因石墨材料密度不均以及各向異性等問題，導致局部試樣檢測的不準確性問題，檢測精度可達到微米級，方法簡單可靠，且對產品無破壞性。

附圖說明

圖1為測試方法的流程示意圖；

圖2為實施例中石墨材料缺陷統計分析圖。

具體實施方式

下面采用一個具體的實施例，對本發明的方法進行介紹：

如圖1所示本發明的方法，包括以下步驟：

1)首先測量出待測石墨材料的體積V＝244.10175mm³；