一种用于实验室模拟积碳层的制备方法

本发明属于积碳，具体地说，涉及一种用于实验室模拟积碳层的制备方法。

背景技术：

1、航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空飞行器的飞行提供所需的动力。它的工作温度、压力和转速都很高，而且在不同的部位和不同的工况下会发生不同的变化。

2、喷油嘴是航空发动机中重要部件之一，伴随着运行时间不断增加，在喷油嘴处会产生积碳堵塞喷油嘴管路。积碳沉积在活塞顶部及燃烧室中会使燃烧室的容积变小，使发动机压缩比相对地提高。同时由于结焦积碳的导热性差，当燃烧室内某些部位积碳过多时，积碳吸收的热量积存下来，形成高温热面或热点，极易点燃混合气，引起发动机早燃。由于早燃要消耗一定的功来压缩燃烧工质，使得发动机的功率下降。同时，高温工质与壁面接触时间延长，壁面吸收热量明显增加，又引起下一工作循环早燃，早燃的自强化作用使早燃现象发生地越来越早，其结果可能导致活塞烧蚀。更为严重的是；早燃故障在发动机高负荷工作时难以判别，这时发动机潜在着被报废的危险。而当积碳沉积在火花塞电极间，会使火花塞火花减弱或电极短路而出现失火现象，引起发动机功率下降、燃料消耗增大等等。

3、为了解决这个问题，各大研究机构和高校开展了针对于实验室清理积碳方法的研究。研究清理积碳前，需要有一个可靠、稳定的实验室制备积碳试件，为实验提供可控的变量分析。但是现有科研院所和高校主要是购买实际的积碳工件，成本高，样件质量和形状不可控，在制约实验的顺利进行。

4、有鉴于此特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明提出了一种用于实验室模拟积碳层的制备方法，这种方法可以提供一个可控的积碳层，它模拟了真实积碳产生工况下的条件，制造出可靠的积碳模拟试片，可以保障清理积碳相关研究的顺利进行。

2、本发明采用技术方案的基本构思是：

3、一种用于实验室模拟积碳层的制备方法，具体包括如下步骤：

4、步骤一、积碳层试片制备和处理：首先对基体棒状材料进行切片和喷砂工艺处理得到试片，然后对试片进行清洗和烘干；在干燥试片打上标记，用分析天平称重并记录为m0，放入干燥器保存；

5、步骤二、积碳浆制备：按照以下质量配比准备积碳浆的原料并混合均匀：碳黑25-30%；齿轮油25-30%；机油25-30%；润滑脂3-5%；细河沙2-4%；膨润土1-3%；铁粉<1%；镍粉<1%；

6、步骤三、积碳烧制：将步骤二的积碳浆均匀涂抹并覆盖试片；然后将涂有积碳浆的试片放入石英管式炉，从室温加热至250℃，保温2h后随炉冷却；

7、步骤四、最后取出制备试样，用软刷刷去表面粘接不牢固的积碳，将牢固结合积碳的试片放入分析天平中，称取质量并记录为m1；

8、步骤五：计算m1和m0之间的质量差，该质量差即为试片表面增加的积碳质量。

9、为验证本实验方法所制备的积碳层有良好的粘接强度；采用超声波清洗，对烧制好的试片在超声波清洗器中进行清洗，清洗时间为30分钟，清洗后观察到表面积碳去除量很少，表面仍有大量积碳没有被去除，证明此工艺烧制出的积碳有良好的粘接强度。

10、进一步的，步骤一中基体棒状材料为gh22高温镍基合金。

11、进一步的，步骤一中喷砂处理后，分别得到120目和60目两种粗糙度的试片。

12、进一步的，步骤一中试片要超声波清洗30分钟，之后在80℃条件下烘干15分钟。

13、进一步的，步骤三中的加热过程为：首先将石英管式炉的炉温从室温升至200℃，进入缓冲加热区间以每分钟1℃的升温速率升至230℃，继续按照每分钟0.66℃的升温速率升至250℃，最后保持250℃加热2h，随炉冷却。

14、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

15、1、使实验室研究清除积碳技术成本降低，简化了获取积碳式样的难度；

16、2、提供了可控的实验样件；

17、3.本发明探究出跟真实积碳成分相同的积碳浆配方，利用此配方烧制出积碳层，达到了和实际成分相似的程度，并且探究出烧制积碳的工艺；

18、4.本发明按照实际工况下喷油嘴工作的环境和积碳结焦原理制定积碳层的烧制工艺，使积碳层与试件粘接程度和实际试件基本一致。

19、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种用于实验室模拟积碳层的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的用于实验室模拟积碳层的制备方法，其特征在于：步骤一中基体棒状材料为gh22高温镍基合金。

3.如权利要求1所述的用于实验室模拟积碳层的制备方法，其特征在于：步骤一中喷砂处理后，分别得到120目和60目两种粗糙度的试片。

4.如权利要求1所述的用于实验室模拟积碳层的制备方法，其特征在于：步骤一中试片要超声波清洗30分钟，之后在80℃条件下烘干15分钟。

5.如权利要求1所述的用于实验室模拟积碳层的制备方法，其特征在于：步骤三中的加热过程为：首先将石英管式炉的炉温从室温升至200℃，进入缓冲加热区间以每分钟1℃的升温速率升至230℃，继续按照每分钟0.66℃的升温速率升至250℃，最后保持250℃加热2h，随炉冷却。

技术总结
本发明属于积碳技术领域，具体涉及一种用于实验室模拟积碳层的制备方法。具体包括如下步骤：步骤一、首先对基体棒状材料进行切片和喷砂工艺处理得到试片，然后对试片进行清洗和烘干，称重并记录为m<subgt;0</subgt;；步骤二、按照一定质量配比准备积碳浆的原料并混合均匀；步骤三、积碳烧制：将步骤二的积碳浆均匀涂抹并覆盖试片的一侧表面三分之二的区域；然后将涂有积碳浆的试片加热至250℃，保温2h后随炉冷却；步骤四、取出试样，刷去表面粘接不牢固的积碳，称重并记录为m<subgt;1；</subgt;步骤五：计算m<subgt;1</subgt;和m<subgt;0</subgt;之间的质量差。这种方法可以提供一个可控的积碳层，它模拟了真实积碳产生工况下的条件，制造出可靠的积碳模拟试片，可以保障清理积碳相关研究的顺利进行。

技术研发人员：刘为东,刘少博,苏景新,王志平
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29