专利名称：一种检测高温材料抗氧化烧蚀性能的方法
技术领域：
本发明属于材料检测与防护领域，提供一种利用集束射流技术对材料的高温抗氧化烧蚀性能进行在线动态检测的方法。
背景技术：
材料的抗氧化烧蚀性能检测分静态及动态检测，随着对材料性能检测要求的提高，采用动态检测方法评价材料性能将是未来的发展方向。目前对材料的抗高温、抗氧化烧蚀性能的在线动态检测主要是依靠电弧风洞及氧-乙炔烧嘴。其中电弧风洞是目前主要的检测方法，将被测材料放置于电弧风洞中，电弧产生的高焓气体接触材料表面产生激波，通 过材料的氧化烧蚀来完成材料的性能评价。但电弧风洞目前主要完成材料的气动热试验，且存在铜污染、射流的组分难以控制等问题，此外电弧风洞试验成本很高。也有采用氧-乙炔烧嘴来进行材料的烧蚀测试，该方法试验装置简单，检测成本低，但其仅考虑了射流温度对材料抗氧化烧蚀性能的影响(气动热)，未考虑气流速度和气体成分对材料氧抗化烧蚀性能的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种将燃烧技术进行组合，利用集束射流装置对材料的气动热及气动力同时进行检测的检测高温材料抗氧化烧蚀性能的方法。本发明的技术方案是一种检测高温材料抗氧化烧蚀性能的方法，该方法将燃烧技术进行组合，形成射流温度、组分及速度可控的高马赫数的集束射流，在中心高焓射流气体的周围环绕薄层高温气体(50(T2500K)，降低了出口环境气流的压力到0. 005 0. 05MPa,其特征在于，具体包括以下步骤
步骤I :将由02、N2、空气和燃气组成气源，增压到l 5MPa，形成高压气源；其中，所述燃气包括 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 和空气流量 100(T90000kg/h ；
步骤2 :将步骤I得到的高压气源通过蓄热增焓段加热到100(T2500K ；
步骤3 :将步骤2加热后的气体经集束射流段后产生10(T500K、马赫数为f 7的射流，在气体浓度为O2 :5 21%、N2 50"78%,CO2 :10 30%和H2O :0. I 12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。进一步，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段在伴随流的作用，产生20(T600K、马赫数I 8的射流，在气体浓度为O2 5"21%, N2 :50^78%, CO2 :10 30%和H2O :0. ri2%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。进一步，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段由于增焓作用，产生500 1000K、马赫数I 8的射流，在气体浓度为O2 :5 21%、N2 :50 78%、CO2 :10 30%和H2O :0. ri2%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
进一步，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段产生200(T3000K 的亚声速射流，在气体浓度为 O2 :5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。进一步，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段添加质量为1^3%的6(T300 u m微粒子，形成微粒子冲蚀流，在气体浓度为O2 :5 21%、N2 :5(T78%、CO2 1(T30%和H2O :0. ri2%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。本发明的有益效果是本发明是将燃烧技术进行组合，在中心高焓射流气体的周围环绕薄层高温气体(50(T2500K)，形成射流温度、组分及速度可控的高马赫数的集束射流。通过该方法可进行材料表面氧化及烧蚀试验，包括建立高温合金、C-C、C-Si等材料的氧化烧蚀评价实验及方法。
图I是本发明为试验环境的装置流程示意图。 图中
I、高压气源段，2、蓄热增焓段，3、集束射流段，4、材料试验段，5、真空增速段。具体实施例
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。实施例I
采用空气，N2, O2, C3H8作为气源，在高压气源段增压到3MPa，总气体流量为10000kg/h，通过蓄热增焓段将气体进行加热到1000K，将1000K的高压气体在燃烧室内继续加热，输出温度为1600K的气体，将此气体通过集束射流段产生Ma=5，温度为300K的气体，在气体浓度为O2 :5%、N2 78%, CO2 10%和H2O 7%的环境下进行材料的抗氧化烧蚀性能的检测。实施例2
采用空气，N2, 02，CH4作为气源，在高压气源段增压到2. 5MPa，总气体流量为8000kg/h，通过蓄热增焓段将气体进行加热到1000K，将1000K的高压气体在燃烧室内继续加热，输出温度为1600K的气体，将此气体通过集束射流段以及伴随流的作用产生Ma=5，温度为400K的气体，在气体浓度为O2 21%,N2 50%,CO2 :25%和H2O 4%的环境下进行材料的抗氧化烧蚀性能的检测。实施例3
采用空气，N2, O2, H2作为气源，在高压气源段增压到2MPa，总气体流量为6000kg/h，通过蓄热增焓段将气体进行加热到1000K，将1000K的高压气体在燃烧室内继续加热，输出温度为1600K的气体，将此气体通过集束射流段并通过增焓作用产生Ma=3，温度为700K的气体，在气体浓度为O2 10%, N2 60%, CO2 :18%和H2O 12%的环境下进行材料的抗氧化烧蚀性能的检测。实施例4
采用空气，N2, 02，CH4作为气源，在高压气源段增压到2. 5MPa，总气体流量为8000kg/h，通过蓄热增焓段将气体进行加热到1000K，将1000K的高压气体在燃烧室内继续加热，输出温度为1500K的气体，加热后的气体经集束射流段产生2200K的亚声速气流，在气体浓度为O2 15%, N2 70%, CO2 :10%和H2O 5%的环境下进行材料的抗氧化烧蚀性能的检测。实施例5采用空气，N2, O2, C3H8作为气源，在高压气源段增压到2. 5MPa，总气体流量为8000kg/h，通过蓄热增焓段将气体进行加热到1200K，将此气体通过集束射流段并添加质量为2%的100 u m微粒子，形成微 粒子冲蚀流，在气体浓度为O2 :5%、N2 64. 9%,CO2 :30%和H2O :0. 1%的环境下进行材料的抗氧化烧蚀性能的检测。
权利要求
1.一种检测高温材料抗氧化烧蚀性能的方法，该方法将燃烧技术进行组合，在中心高焓射流气体的周围环绕薄层50(T2500K的高温气体，形成射流温度、组分及速度可控的高马赫数的集束射流，降低出口环境气流的压力到0. 005 0. 05MPa，其特征在于，具体包括以下步骤 步骤I :将由02、N2、空气和燃气组成气源，增压到l 5MPa，形成高压气源；其中，所述燃气包括 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 和空气流量 100(T90000kg/h ； 步骤2 :将步骤I得到的高压气源通过蓄热增焓段加热到100(T2500K ； 步骤3 :将步骤2加热后的气体经集束射流段后产生10(T500K、马赫数为f 7的射流，在气体浓度为O2 :5 21%、N2 50"78%,CO2 :10 30%和H2O :0. I 12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段在伴随流的作用，产生20(T600K、马赫数广8的射流，在气体浓度为O2 5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段由于增焓作用，产生50(Tl000K、马赫数广8的射流，在气体浓度为O2 5 21%、N2 :50^78%,CO2 :10 30%和1120 :0. I 12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段产生200(T3000K的亚声速射流，在气体浓度为O2 :5 21%、N2 :5(T78%、CO2 1(T30%和H2O :0. ri2%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3还可以为将步骤2加热后的气体经集束射流段添加质量为f 3%的6(T300 u m微粒子，形成微粒子冲蚀流，在气体浓度O2 :5 21%、N2 :50 78%、CO2 :10 30%和H2O :0. 1^12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。
全文摘要
本发明是一种检测高温材料抗氧化烧蚀性能的方法，该方法具体包括以下步骤首先，将由O2、N2、空气和燃气组成气源，增压到1～5MPa，形成高压气源；其中，燃气包括CH4、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和空气流量1000～90000kg/h；其次，将高压气源通过蓄热增焓段的储热室和燃烧室加热到1000～2500K；最后，将加热后的气体经集束射流段后产生100～500K、马赫数为1～7的射流，在气体浓度为O25～21%、N250～78%、CO210～30%和H2O0.1～12%的条件下对测试材料的抗氧化烧蚀性能进行检测。本发明将燃烧技术进行组合，在中心高焓射流气体的周围环绕薄层高温气体(500～2500K)，形成射流温度、组分及速度可控的高马赫数集束射流，通过该方法可进行材料表面氧化及烧蚀试验。
文档编号G01N25/02GK102706919SQ201110383000
公开日2012年10月3日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者仇永全, 冯强, 孙冬柏, 张延玲, 朱荣, 赵飞, 阳建宏, 魏鑫燕 申请人:北京科技大学