[發明專利]與發動機臺架試車考核等效的涂層摩擦磨損性能測試方法

有效

• 申請號: 201910631917.4
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110274840B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 楊凱;趙華玉;陶順衍;鐘興華;莊寅;倪金星;邵芳;丁傳賢;楊加勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明提供一種與發動機臺架試車考核等效的涂層摩擦磨損性能測試方法，包括如下步驟：(1)采用涂層動環和靜環配對，利用高PV值工況下進行起停考核試驗方式來進行摩擦磨損試驗；(2)重復起停考核試驗若干次，考察涂層的摩擦磨損性能，為發動機臺架試車考核效果提供有效預判。本發明在高PV值苛刻磨損工況下與發動機短程臺架試車考核等效。

技術領域

本發明屬于涂層技術領域，涉及一種與發動機臺架試車考核等效的涂層摩擦磨損性能測試方法，具體涉及一種高PV值苛刻磨損工況下與發動機短程臺架試車考核等效的涂層摩擦磨損性能測試方法。

背景技術

運載能力、可靠性、環保指標和發射成本是衡量運載火箭先進性和國際競爭力的重要指標，尤其是火箭的運載能力，代表了一個國家進出空間的能力和實力。當前，美、俄、日、歐空局等采用了煤油、氫、氧等無毒推進劑，其近地軌道運載能力在20噸以上。我國長期使用的“長征”系列運載火箭采用了具有一定毒性和腐蝕性的偏二甲肼和四氧化二氮組合推進劑，比沖與推力較小，在國際商用航天發射市場已逐漸喪失優勢。

高壓補燃液氧/煤油發動機代表了當今世界液體火箭發動機的領先水平。上世紀七十年代，俄羅斯（蘇聯）掌握了該項技術。1969年，美國實現載人登月的土星-Ⅴ運載火箭采用了液氧/煤油發動機，但是沒有高壓補燃技術；九十年代初，美國趁蘇聯解體之際，既與俄羅斯開展高壓補燃液氧/煤油發動機項目的技術合作，又購買該類發動機，這也反映了該發動機的研制難度。

為滿足我國未來空間站建設、載人登月和深空探測等任務要求，急需研制大推力運載火箭，以大幅提高“長征”運載火箭的運載能力。因此，高性能、無毒、無污染、大推力火箭發動機的研制迫在眉睫。上世紀九十年代，我國開始研制具有重復啟停特性的120噸級高壓補燃液氧/煤油發動機。渦輪泵是火箭發動機的動力源泉，渦輪泵動密封，包括渦輪端脫開式動密封和氧泵二級常閉式動密封，是該發動機研制的十大技術關鍵之一。由于該發動機在航天應用領域的敏感性和特殊性，俄羅斯對我國技術封鎖，產品禁運，相關技術和產品只能自行開發。

為滿足發動機的多次啟停和重復使用要求，渦輪泵密封動環與靜環摩擦副采用硬-軟材料組合模式，靜環為銅合金或石墨等減磨潤滑材料，動環由高強合金基材與硬面涂層組成。密封動環硬面涂層工作在液氧或低溫氣氧環境，既要承受高承載（即高PV值 = 載荷P ×速度V，通常≥15MPa?m/s）條件下的摩擦磨損，同時，摩擦接觸面的顯著溫升與環境低溫對陶瓷涂層造成了寬溫域熱沖擊。因此，發動機的重復啟停對密封動環硬面陶瓷涂層的服役可靠性及壽命帶來了極大挑戰。現在以120噸級高壓補燃液氧/煤油發動機渦輪泵動密封為例來說明其應用工況的嚴苛。該發動機渦輪端脫開式動密封服役工況要求是：介質為液氧（-183°C），單次摩擦工作時長3s，摩擦接觸面PV值=～170MPa?m/s，摩擦溫度最高可達500°C以上，啟停次數為30次；該發動機氧泵二級常閉式動密封服役工況要求是：介質為低溫氣氧（-80°C～-50°C），單次摩擦工作時長200s，摩擦接觸面PV值=20～30MPa?m/s，摩擦溫度最高可達600°C以上，啟停次數為20次。上述工況具有較高的PV值，短時間內在摩擦接觸面間積累大量的摩擦熱，常伴隨高溫、強氧化和大熱沖擊。