[发明专利]与发动机台架试车考核等效的涂层摩擦磨损性能测试方法

说明书

本发明提供一种与发动机台架试车考核等效的涂层摩擦磨损性能测试方法，包括如下步骤：(1)采用涂层动环和静环配对，利用高PV值工况下进行起停考核试验方式来进行摩擦磨损试验；(2)重复起停考核试验若干次，考察涂层的摩擦磨损性能，为发动机台架试车考核效果提供有效预判。本发明在高PV值苛刻磨损工况下与发动机短程台架试车考核等效。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，涉及一种与发动机台架试车考核等效的涂层摩擦磨损性能测试方法，具体涉及一种高PV值苛刻磨损工况下与发动机短程台架试车考核等效的涂层摩擦磨损性能测试方法。

背景技术

运载能力、可靠性、环保指标和发射成本是衡量运载火箭先进性和国际竞争力的重要指标，尤其是火箭的运载能力，代表了一个国家进出空间的能力和实力。当前，美、俄、日、欧空局等采用了煤油、氢、氧等无毒推进剂，其近地轨道运载能力在20吨以上。我国长期使用的“长征”系列运载火箭采用了具有一定毒性和腐蚀性的偏二甲肼和四氧化二氮组合推进剂，比冲与推力较小，在国际商用航天发射市场已逐渐丧失优势。

高压补燃液氧/煤油发动机代表了当今世界液体火箭发动机的领先水平。上世纪七十年代，俄罗斯（苏联）掌握了该项技术。1969年，美国实现载人登月的土星-Ⅴ运载火箭采用了液氧/煤油发动机，但是没有高压补燃技术；九十年代初，美国趁苏联解体之际，既与俄罗斯开展高压补燃液氧/煤油发动机项目的技术合作，又购买该类发动机，这也反映了该发动机的研制难度。

为满足我国未来空间站建设、载人登月和深空探测等任务要求，急需研制大推力运载火箭，以大幅提高“长征”运载火箭的运载能力。因此，高性能、无毒、无污染、大推力火箭发动机的研制迫在眉睫。上世纪九十年代，我国开始研制具有重复启停特性的120吨级高压补燃液氧/煤油发动机。涡轮泵是火箭发动机的动力源泉，涡轮泵动密封，包括涡轮端脱开式动密封和氧泵二级常闭式动密封，是该发动机研制的十大技术关键之一。由于该发动机在航天应用领域的敏感性和特殊性，俄罗斯对我国技术封锁，产品禁运，相关技术和产品只能自行开发。

为满足发动机的多次启停和重复使用要求，涡轮泵密封动环与静环摩擦副采用硬-软材料组合模式，静环为铜合金或石墨等减磨润滑材料，动环由高强合金基材与硬面涂层组成。密封动环硬面涂层工作在液氧或低温气氧环境，既要承受高承载（即高PV值 = 载荷P ×速度V，通常≥15MPa‧m/s）条件下的摩擦磨损，同时，摩擦接触面的显著温升与环境低温对陶瓷涂层造成了宽温域热冲击。因此，发动机的重复启停对密封动环硬面陶瓷涂层的服役可靠性及寿命带来了极大挑战。现在以120吨级高压补燃液氧/煤油发动机涡轮泵动密封为例来说明其应用工况的严苛。该发动机涡轮端脱开式动密封服役工况要求是：介质为液氧（-183°C），单次摩擦工作时长3s，摩擦接触面PV值=～170MPa‧m/s，摩擦温度最高可达500°C以上，启停次数为30次；该发动机氧泵二级常闭式动密封服役工况要求是：介质为低温气氧（-80°C～-50°C），单次摩擦工作时长200s，摩擦接触面PV值=20～30MPa‧m/s，摩擦温度最高可达600°C以上，启停次数为20次。上述工况具有较高的PV值，短时间内在摩擦接触面间积累大量的摩擦热，常伴随高温、强氧化和大热冲击。