專利名稱：高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料性能測試領域，具體涉及一種高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗方法及裝置。
背景技術：
材料在高溫條件下的耐燒蝕、沖蝕性能是材料的基本性能之一，特別是用作動力系統的結構與功能材料，對其耐燒蝕、沖蝕性能提出了更高的要求，如航空發動機、火箭發動機等，但是，目前對材料的這些性能的試驗方法比較單一，還沒有一種方法能對材料在高溫條件下的耐燒蝕、沖蝕性能進行有效的試驗與評價。
當前所使用的試驗方法主要有氧-乙炔火焰法和高壓電弧加熱法，它們產生高溫的火焰或電弧，具有較高的熱流密度，對材料的耐燒蝕性能試驗比較有效，但是由于沒有粒子的沖刷作用，不能對材料在高溫下的耐沖蝕性能進行試驗，更不能對燒蝕、沖蝕共同作用下的材料性能進行評價，因此，這些試驗與研究方法有較大的局限性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗方法及裝置。
為達到上述目的，本發明采用的裝置為包括火焰噴射器以及通過控制臺與火焰噴射器相連接的冷水機組、油箱、氧氣源及送粉器，所說的火焰噴射器包括連為一體的后殼和外殼，在后殼上開設有與油箱連通的煤油接管嘴、與氧氣源相連通的氧氣接管嘴和火花塞安裝座，外殼內設置有火焰噴嘴，火焰噴嘴的入口與煤油接管嘴、氧氣接管嘴和火花塞安裝座相連通，該火焰噴嘴與外殼形成了一個空腔，且在外殼的后端及前端分別開設有與冷水機組相連通的入水嘴安裝座和回水嘴安裝座，外殼的前端開設有與火焰噴嘴相連通的送粉嘴，所說的煤油接管嘴、氧氣接管嘴、送粉嘴和入水嘴安裝座還分別與控制臺相連。
本發明的控制臺包括冷水機組控制器、煤油控制器、氧氣控制器和送粉控制器；所說的冷水機組控制器包括安裝在冷水機組出水口管路上的出水壓力表P1和出水溫度計t1，安裝在冷水機組回水管路上的回水壓力表P2和回水溫度計t2；所說的煤油控制器包括依次安裝在油箱管路上的電機油泵R2、油電磁閥組1DT、煤油壓力表P3、煤油調節閥D1和煤油流量計F1；所說的氧氣控制器包括依次安裝在氧氣源管路上的減壓器Q1、氧氣電磁閥2DT、氧氣流量調節閥D2、氧氣壓力表P4和氧氣流量計F2；所說的送粉控制器包括安裝在送粉管路上的送粉電磁閥3DT；氧氣壓力為2.0Mpa，氧氣流量為58Kg/h；煤油壓力為2.0Mpa，煤油流量為24L/h；火焰噴嘴內的壓力為1.2Mpa；火焰噴嘴的喉部直徑為10mm、出口直徑為15mm。
本發明采用的方法為調節煤油與氧氣的流量混合比，使煤油和氧氣經霧化、混合后噴入火焰發生器，點火燃燒形成高溫高壓的燃氣，燃氣通過噴嘴后速度達到超音速或亞音速，送粉器將沖蝕粒子輸送至火焰發生器的噴嘴，形成氣固兩相流，對材料試樣進行燒蝕與沖蝕，比較材料試驗前后的重量、成分與顯微結構差異，即可對其性能進行評價。
本發明采用煤油與氧氣燃燒產生的火焰作為高溫燒蝕熱源，通過調節煤油與氧的流量混合比，從而形成具有特定要求的焰流，包括速度、溫度、富氧或富油氣氛。采用Al2O3(三氧化二鋁)粉末作為沖蝕粒子，送粉器將Al2O3粉末輸送到火焰中，與高溫燃氣形成氣固兩相流，從而為材料的燒蝕、沖蝕試驗提供工作介質。與目前的試驗裝置相比，在功能與控制準確性上都有質的突破，為材料性能試驗提供了有效的方法，在航空航天、原子能、軍事裝備等領域將取得廣泛應用。
圖1是本發明的整體結構示意圖；圖2是本發明火焰噴射器11的結構示意圖；圖3是本發明控制臺12的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，2，包括火焰噴射器11以及通過控制臺12與火焰噴射器11相連接的冷水機組13、油箱14、氧氣源15及送粉器16，其特征在于所說的火焰噴射器11包括連為一體的后殼3和外殼6，在后殼3上開設有與油箱14連通的煤油接管嘴1、與氧氣源15相連通的氧氣接管嘴2和火花塞安裝座4，外殼6內設置有火焰噴嘴7，火焰噴嘴7的入口與煤油接管嘴1、氧氣接管嘴2和火花塞安裝座4相連通，該火焰噴嘴7與外殼6形成了一個空腔，且在外殼6的后端及前端分別開設有與冷水機組13相連通的入水嘴安裝座10和回水嘴安裝座9，外殼6的前端開設有與火焰噴嘴7相連通的送粉嘴8，所說的煤油接管嘴1、氧氣接管嘴2、送粉嘴8和入水嘴安裝座10還分別與控制臺12相連，氧氣壓力為2.0Mpa，氧氣流量為58Kg/h，煤油壓力為2.0Mpa，煤油流量為24L/h，火焰噴嘴7內的壓力為1.2Mpa，火焰噴嘴7的喉部直徑為10mm、口直徑為15mm。
參見圖3，本發明的控制臺12包括冷水機組控制器17、煤油控制器18、氧氣控制器19和送粉控制器20；控制臺12按一定時序完成點火、噴射、送粉功能，并對冷卻水、煤油、氧氣的狀態參數進行顯示監控。控制臺的一端連接冷水機組、油箱、氧氣源、送粉器，另一端連接火焰噴射器，所說的冷水機組控制器17包括安裝在冷水機組13出水口管路上的出水壓力表P1和出水溫度計t1，安裝在冷水機組13回水管路上的回水壓力表P2和回水溫度計t2；所說的煤油控制器18包括依次安裝在油箱14管路上的電機油泵R2、油電磁閥組1DT、煤油壓力表P3、煤油調節閥D1和煤油流量計F1；所說的氧氣控制器19包括依次安裝在氧氣源管路上的減壓器Q1、氧氣電磁閥2DT、氧氣流量調節閥D2、氧氣壓力表P4和氧氣流量計F2；所說的送粉控制器20包括安裝在送粉管路上的送粉電磁閥3DT。
本發明能產生溫度與速度調節范圍很寬的火焰，并能在火焰中注入粒子，形成燃氣、粒子兩相流，其中，火流通過火焰噴射器產生，粒子由專門的送粉裝置輸送。由于該方法能靈活產生具有特定要求的二相流，為材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗提供了有效的方法。
本發明采用煤油與氧氣燃燒產生的火焰作為高溫燒蝕熱源，通過調節煤油與氧的流量混合比，從而形成具有特定要求的焰流，包括速度、溫度、富氧或富油氣氛。采用Al2O3(三氧化二鋁)粉末作為沖蝕粒子，送粉器將Al2O3粉末輸送到火焰中，與高溫燃氣形成氣固兩相流，從而為材料的燒蝕、沖蝕試驗提供工作介質。煤油和氧氣經霧化、混合后噴入火焰發生器，點火燃燒形成高溫高壓的燃氣，燃氣通過不同的噴嘴后速度達到超音速或亞音速，送粉器將沖蝕粒子輸送至火焰發生器的噴嘴，形成氣固兩相流，對材料試樣進行燒蝕與沖蝕，通過專用分析儀器比較其試驗前后的重量、成分與顯微結構差異，即可對其性能進行評價。
本發明的工作過程如下首先啟動火焰噴射器11，然后依次供油、供氣、點火，啟動火焰噴射器，通過煤油調節閥和氧氣調節閥分別調節兩者的流量，得到預定狀態的火焰；啟動送粉器，將噴涂粉末送入火焰中，形成燒蝕、沖蝕用的氣固二相流；將火焰噴射器調至工作位置，對試樣5進行燒蝕與沖蝕試驗，完成設定時間的試驗后，停止系統的工作，按照停止送粉、供油、供氣的順序關機。
本發明是試驗方法上的根本突破，現有試驗方法只能對高溫條件下材料的燒蝕進行試驗，無法完成沖蝕試驗，更不能完成燒蝕與沖蝕雙重作用下的材料性能試驗；且本發明系統控制參數準確，可控性好，能對試驗的二相流進行定量設定，大大提高了試驗的準確性。
權利要求
1.高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，包括火焰噴射器(11)以及通過控制臺(12)與火焰噴射器(11)相連接的冷水機組(13)、油箱(14)、氧氣源(15)及送粉器(16)，其特征在于所說的火焰噴射器(11)包括連為一體的后殼(3)和外殼(6)，在后殼(3)上開設有與油箱(14)連通的煤油接管嘴(1)、與氧氣源(15)相連通的氧氣接管嘴(2)和火花塞安裝座(4)，外殼(6)內設置有火焰噴嘴(7)，火焰噴嘴(7)的入口與煤油接管嘴(1)、氧氣接管嘴(2)和火花塞安裝座(4)相連通，該火焰噴嘴(7)與外殼(6)形成了一個空腔，且在外殼(6)的后端及前端分別開設有與冷水機組(13)相連通的入水嘴安裝座(10)和回水嘴安裝座(9)，外殼(6)的前端開設有與火焰噴嘴(7)相連通的送粉嘴(8)，所說的煤油接管嘴(1)、氧氣接管嘴(2)、送粉嘴(8)和入水嘴安裝座(10)還分別與控制臺(12)相連。
2.根據權利要求1所述的高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，其特征在于所說的控制臺(12)包括冷水機組控制器(17)、煤油控制器(18)、氧氣控制器(19)和送粉控制器(20)；所說的冷水機組控制器(17)包括安裝在冷水機組(13)出水口管路上的出水壓力表P1和出水溫度計t1，安裝在冷水機組(13)回水管路上的回水壓力表P2和回水溫度計t2；所說的煤油控制器(18)包括依次安裝在油箱(14)管路上的電機油泵R2、油電磁閥組1DT、煤油壓力表P3、煤油調節閥D1和煤油流量計F1；所說的氧氣控制器(19)包括依次安裝在氧氣源管路上的減壓器Q1、氧氣電磁閥2DT、氧氣流量調節閥D2、氧氣壓力表P4和氧氣流量計F2；所說的送粉控制器(20)包括安裝在送粉管路上的送粉電磁閥3DT。
3.根據權利要求1所述的高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，其特征在于所說的氧氣壓力為2.0Mpa，氧氣流量為58Kg/h。
4.根據權利要求1所述的高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，其特征在于所說的煤油壓力為2.0Mpa，煤油流量為24L/h。
5.根據權利要求1所述的高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，其特征在于所說的火焰噴嘴(7)內的壓力為1.2Mpa。
6.根據權利要求1所述的高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗裝置，其特征在于所說的火焰噴嘴(7)的喉部直徑為10mm、出口直徑為15mm。
7.一種依據權利要求1所述的裝置的試驗方法，其特征在于調節煤油與氧氣的流量混合比，使煤油和氧氣經霧化、混合后噴入火焰發生器，點火燃燒形成高溫高壓的燃氣，燃氣通過噴嘴后速度達到超音速或亞音速，送粉器將沖蝕粒子輸送至火焰發生器的噴嘴，形成氣固兩相流，對材料試樣進行燒蝕與沖蝕，比較材料試驗前后的重量、成分與顯微結構差異，即可對其性能進行評價。
全文摘要
高溫條件下材料的耐燒蝕、沖蝕性能綜合試驗方法及裝置，包括火焰噴射器以及通過控制臺與火焰噴射器相連接的冷水機組、油箱、氧氣源及送粉器，調節煤油與氧氣的流量混合比，使煤油和氧氣經霧化、混合后噴入火焰發生器，點火燃燒形成高溫高壓的燃氣，燃氣通過噴嘴后速度達到超音速或亞音速，送粉器將沖蝕粒子輸送至火焰發生器的噴嘴，形成氣固兩相流，對材料試樣進行燒蝕與沖蝕，比較材料試驗前后的重量、成分與顯微結構差異，即可對其性能進行評價。
文檔編號G01N3/60GK101067593SQ20071001796
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者查柏林 申請人:查柏林