專利名稱：一種檢測(cè)高溫材料抗氧化燒蝕性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料檢測(cè)與防護(hù)領(lǐng)域，提供一種利用集束射流技術(shù)對(duì)材料的高溫抗氧化燒蝕性能進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
材料的抗氧化燒蝕性能檢測(cè)分靜態(tài)及動(dòng)態(tài)檢測(cè)，隨著對(duì)材料性能檢測(cè)要求的提高，采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法評(píng)價(jià)材料性能將是未來的發(fā)展方向。目前對(duì)材料的抗高溫、抗氧化燒蝕性能的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)主要是依靠電弧風(fēng)洞及氧-乙炔燒嘴。其中電弧風(fēng)洞是目前主要的檢測(cè)方法，將被測(cè)材料放置于電弧風(fēng)洞中，電弧產(chǎn)生的高焓氣體接觸材料表面產(chǎn)生激波，通 過材料的氧化燒蝕來完成材料的性能評(píng)價(jià)。但電弧風(fēng)洞目前主要完成材料的氣動(dòng)熱試驗(yàn)，且存在銅污染、射流的組分難以控制等問題，此外電弧風(fēng)洞試驗(yàn)成本很高。也有采用氧-乙炔燒嘴來進(jìn)行材料的燒蝕測(cè)試，該方法試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，檢測(cè)成本低，但其僅考慮了射流溫度對(duì)材料抗氧化燒蝕性能的影響(氣動(dòng)熱)，未考慮氣流速度和氣體成分對(duì)材料氧抗化燒蝕性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種將燃燒技術(shù)進(jìn)行組合，利用集束射流裝置對(duì)材料的氣動(dòng)熱及氣動(dòng)力同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)高溫材料抗氧化燒蝕性能的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種檢測(cè)高溫材料抗氧化燒蝕性能的方法，該方法將燃燒技術(shù)進(jìn)行組合，形成射流溫度、組分及速度可控的高馬赫數(shù)的集束射流，在中心高焓射流氣體的周圍環(huán)繞薄層高溫氣體(50(T2500K)，降低了出口環(huán)境氣流的壓力到0. 005 0. 05MPa,其特征在于，具體包括以下步驟
步驟I :將由02、N2、空氣和燃?xì)饨M成氣源，增壓到l 5MPa，形成高壓氣源；其中，所述燃?xì)獍?CH4、C3H8 或 H2 ;O2 流量 100(Tl0000kg/h、CH4 流量 1000 5000kg/h、C3H8 流量100(T5000kg/h、H2 流量 10(T3000kg/h、N2 流量 100(T5000kg/h 和空氣流量 100(T90000kg/h ；
步驟2 :將步驟I得到的高壓氣源通過蓄熱增焓段加熱到100(T2500K ；
步驟3 :將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段后產(chǎn)生10(T500K、馬赫數(shù)為f 7的射流，在氣體濃度為O2 :5 21%、N2 50"78%,CO2 :10 30%和H2O :0. I 12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)一步，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段在伴隨流的作用，產(chǎn)生20(T600K、馬赫數(shù)I 8的射流，在氣體濃度為O2 5"21%, N2 :50^78%, CO2 :10 30%和H2O :0. ri2%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)一步，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段由于增焓作用，產(chǎn)生500 1000K、馬赫數(shù)I 8的射流，在氣體濃度為O2 :5 21%、N2 :50 78%、CO2 :10 30%和H2O :0. ri2%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
進(jìn)一步，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段產(chǎn)生200(T3000K 的亞聲速射流，在氣體濃度為 O2 :5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)一步，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段添加質(zhì)量為1^3%的6(T300 u m微粒子，形成微粒子沖蝕流，在氣體濃度為O2 :5 21%、N2 :5(T78%、CO2 1(T30%和H2O :0. ri2%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是將燃燒技術(shù)進(jìn)行組合，在中心高焓射流氣體的周圍環(huán)繞薄層高溫氣體(50(T2500K)，形成射流溫度、組分及速度可控的高馬赫數(shù)的集束射流。通過該方法可進(jìn)行材料表面氧化及燒蝕試驗(yàn)，包括建立高溫合金、C-C、C-Si等材料的氧化燒蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及方法。


圖I是本發(fā)明為試驗(yàn)環(huán)境的裝置流程示意圖。 圖中
I、高壓氣源段，2、蓄熱增焓段，3、集束射流段，4、材料試驗(yàn)段，5、真空增速段。具體實(shí)施例
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I
采用空氣，N2, O2, C3H8作為氣源，在高壓氣源段增壓到3MPa，總氣體流量為10000kg/h，通過蓄熱增焓段將氣體進(jìn)行加熱到1000K，將1000K的高壓氣體在燃燒室內(nèi)繼續(xù)加熱，輸出溫度為1600K的氣體，將此氣體通過集束射流段產(chǎn)生Ma=5，溫度為300K的氣體，在氣體濃度為O2 :5%、N2 78%, CO2 10%和H2O 7%的環(huán)境下進(jìn)行材料的抗氧化燒蝕性能的檢測(cè)。實(shí)施例2
采用空氣，N2, 02，CH4作為氣源，在高壓氣源段增壓到2. 5MPa，總氣體流量為8000kg/h，通過蓄熱增焓段將氣體進(jìn)行加熱到1000K，將1000K的高壓氣體在燃燒室內(nèi)繼續(xù)加熱，輸出溫度為1600K的氣體，將此氣體通過集束射流段以及伴隨流的作用產(chǎn)生Ma=5，溫度為400K的氣體，在氣體濃度為O2 21%,N2 50%,CO2 :25%和H2O 4%的環(huán)境下進(jìn)行材料的抗氧化燒蝕性能的檢測(cè)。實(shí)施例3
采用空氣，N2, O2, H2作為氣源，在高壓氣源段增壓到2MPa，總氣體流量為6000kg/h，通過蓄熱增焓段將氣體進(jìn)行加熱到1000K，將1000K的高壓氣體在燃燒室內(nèi)繼續(xù)加熱，輸出溫度為1600K的氣體，將此氣體通過集束射流段并通過增焓作用產(chǎn)生Ma=3，溫度為700K的氣體，在氣體濃度為O2 10%, N2 60%, CO2 :18%和H2O 12%的環(huán)境下進(jìn)行材料的抗氧化燒蝕性能的檢測(cè)。實(shí)施例4
采用空氣，N2, 02，CH4作為氣源，在高壓氣源段增壓到2. 5MPa，總氣體流量為8000kg/h，通過蓄熱增焓段將氣體進(jìn)行加熱到1000K，將1000K的高壓氣體在燃燒室內(nèi)繼續(xù)加熱，輸出溫度為1500K的氣體，加熱后的氣體經(jīng)集束射流段產(chǎn)生2200K的亞聲速氣流，在氣體濃度為O2 15%, N2 70%, CO2 :10%和H2O 5%的環(huán)境下進(jìn)行材料的抗氧化燒蝕性能的檢測(cè)。實(shí)施例5采用空氣，N2, O2, C3H8作為氣源，在高壓氣源段增壓到2. 5MPa，總氣體流量為8000kg/h，通過蓄熱增焓段將氣體進(jìn)行加熱到1200K，將此氣體通過集束射流段并添加質(zhì)量為2%的100 u m微粒子，形成微 粒子沖蝕流，在氣體濃度為O2 :5%、N2 64. 9%,CO2 :30%和H2O :0. 1%的環(huán)境下進(jìn)行材料的抗氧化燒蝕性能的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)高溫材料抗氧化燒蝕性能的方法，該方法將燃燒技術(shù)進(jìn)行組合，在中心高焓射流氣體的周圍環(huán)繞薄層50(T2500K的高溫氣體，形成射流溫度、組分及速度可控的高馬赫數(shù)的集束射流，降低出口環(huán)境氣流的壓力到0. 005 0. 05MPa，其特征在于，具體包括以下步驟 步驟I :將由02、N2、空氣和燃?xì)饨M成氣源，增壓到l 5MPa，形成高壓氣源；其中，所述燃?xì)獍?CH4、C3H8 或 H2 ;O2 流量 100(Tl0000kg/h、CH4 流量 1000 5000kg/h、C3H8 流量100(T5000kg/h、H2 流量 10(T3000kg/h、N2 流量 100(T5000kg/h 和空氣流量 100(T90000kg/h ； 步驟2 :將步驟I得到的高壓氣源通過蓄熱增焓段加熱到100(T2500K ； 步驟3 :將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段后產(chǎn)生10(T500K、馬赫數(shù)為f 7的射流，在氣體濃度為O2 :5 21%、N2 50"78%,CO2 :10 30%和H2O :0. I 12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段在伴隨流的作用，產(chǎn)生20(T600K、馬赫數(shù)廣8的射流，在氣體濃度為O2 5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段由于增焓作用，產(chǎn)生50(Tl000K、馬赫數(shù)廣8的射流，在氣體濃度為O2 5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段產(chǎn)生200(T3000K的亞聲速射流，在氣體濃度為O2 :5 21%、N2 :5(T78%、CO2 1(T30%和H2O :0. ri2%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟3還可以為將步驟2加熱后的氣體經(jīng)集束射流段添加質(zhì)量為f 3%的6(T300 u m微粒子，形成微粒子沖蝕流，在氣體濃度O2 :5 21%、N2 :50 78%、CO2 :10 30%和H2O :0. 1^12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明是一種檢測(cè)高溫材料抗氧化燒蝕性能的方法，該方法具體包括以下步驟首先，將由O2、N2、空氣和燃?xì)饨M成氣源，增壓到1～5MPa，形成高壓氣源；其中，燃?xì)獍–H4、C3H8或H2；O2流量1000～10000kg/h、CH4流量1000～5000kg/h、C3H8流量1000～5000kg/h、H2流量100～3000kg/h、N2流量1000～5000kg/h和空氣流量1000～90000kg/h；其次，將高壓氣源通過蓄熱增焓段的儲(chǔ)熱室和燃燒室加熱到1000～2500K；最后，將加熱后的氣體經(jīng)集束射流段后產(chǎn)生100～500K、馬赫數(shù)為1～7的射流，在氣體濃度為O25～21%、N250～78%、CO210～30%和H2O0.1～12%的條件下對(duì)測(cè)試材料的抗氧化燒蝕性能進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明將燃燒技術(shù)進(jìn)行組合，在中心高焓射流氣體的周圍環(huán)繞薄層高溫氣體(500～2500K)，形成射流溫度、組分及速度可控的高馬赫數(shù)集束射流，通過該方法可進(jìn)行材料表面氧化及燒蝕試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N25/02GK102706919SQ201110383000
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者仇永全, 馮強(qiáng), 孫冬柏, 張延玲, 朱榮, 趙飛, 陽建宏, 魏鑫燕 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)