[发明专利]用稀土氧化物涂层抗燃油喷嘴组件积碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于发动机燃油喷嘴抗积碳的表面处理方法，更具体地说，本发明涉及一种用稀土氧化物涂层抗燃油喷嘴组件积碳的方法。

背景技术

包括旋流器、螺帽等零件组成的航空发动机燃油喷嘴组件，是由耐热不锈钢或高温合金钢加工而成的有表面粗糙度的零件，其工作表面往往存在大量分布不均的微观沟壑和高表面能，具有二者共同作用对积碳产生强的结合倾向。发动机工作过程中，喷嘴组件表面逐渐被积碳覆盖。喷嘴组件表面堆积大量积碳后，会严重影响燃油雾化性能，甚至堵塞喷嘴通道而导致发动机无法工作。虽然通过气流或燃油冲刷而有部分积碳自行脱落，但仍然无法保证喷嘴组件在发动机一个工作周期内正常工作。

为了防止积碳在发动机零件上的沉积，中国专利200620116410.3提出了一种《具有防积碳部件的发动机》。其中发动机部件包括至少一个表面张力相对高的表面，该表面是一个非接触磨损表面，并附着有一个表面张力相对较低的涂层。表面张力相对低的涂层的表面张力小于或等于30达因/厘米。但该方法并没有涉及到喷油嘴组件的防积碳问题。由于航空发动机燃油喷油嘴组件初生积碳粒子尺寸通常在纳米量级，同时由于伴随积碳生成过程中未完全分解的有机物质的存在，使积碳与有机物质的混合物兼具纳米粒子和有机机团的高活性，能牢固附着在金属表面，使积碳易于附着和难以去除。同时，由于喷嘴组件表面存在有利于积碳粒子团聚体的嵌入，增加积碳的机械附着力的微观沟壑。因此上述表面张力小于或等于30达因/厘米的镍或磷四氟乙烯涂层并不能解决和去除喷嘴组件表面微观沟壑中堆积的积碳问题。仍然存在表面微观沟壑积碳物理环境。

发明内容

本发明针对航空发动机燃油喷嘴组件的特性和抗积碳要求，提出了一种用稀土氧化物涂层抗燃油喷嘴组件积碳的方法，通过稀土的催化作用，加强燃烧过程中燃油的分解，减少积碳的形成，促进发动机启动和结束阶段温度不足条件下，燃油的充分裂解，使之形成气态产物，减少胶质和积碳的形成，降低积碳在零件表面的积碳机率和机械锚固力，以确保燃油喷嘴正常工作。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。一种用稀土氧化物涂层抗燃油喷嘴组件积碳的方法，具有如下特征，

1)首先用电解抛光或激光重熔，降低燃油喷嘴组件表面的粗糙度；

2)然后在上述抛光表面上沉积一层稀土氧化物抗积碳涂层。

本发明的有益效果在于，

在上述防积碳表面处理技术中，电解抛光或激光重熔可以有效降低零件表面粗糙度，减少零件表面微观沟壑。沉积一层对燃油具有催化作用的稀土氧化物涂层，可以降低燃油在发动机喷嘴表面生成积碳的机率。经本发明处理后零件表面积碳沉积量明显减少。本发明提供的上述方法是一种有效防止喷嘴表面积碳的处理技术。试验证明，它能有效防止喷嘴在工作中大量积碳，可以避免燃油喷嘴喷雾效果变差或喷油通道堵塞。由耐热不锈钢或高温合金钢加工而成航空发动机燃油喷嘴组件材料中镍含量较高，通过其催化性能够促进燃油形成积碳。而稀土氧化物的催化性是减少积碳的形成。通过稀土的催化作用加强了燃烧过程中燃油的分解，减少积碳的形成；促进了发动机启动和结束阶段温度不足条件下燃油的充分裂解，稀土氧化物因其催化性而强化了燃油的充分燃烧，最大限度生成气态物质；发动机工作结束后，由于温度降低，残留燃油会裂解成小分子物质或碳化，形成大量胶质，而稀土氧化物提高了零件表面的催化活性，可在较低温度下增强胶质的裂解活性，使其进一步反应，生成气态物质，减少积碳形成。从而保证燃油喷嘴正常工作。

本发明特别适用于航空发动机以及燃油发动机喷嘴组件和汽车、轮船等燃油发动机喷嘴组件的表面处理。

具体实施例方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，

首先用高能束激光在喷嘴表面进行激光重熔或电解抛光，用以降低其表面粗糙度，无论是激光重熔还是电解抛光，应将尺寸减少量控制在5微米以内。再通过激光沉积方法，在其表面沉积一层稀土氧化物。稀土氧化物涂层沉积方法可以采用多弧离子沉积或激光沉积。其中稀土氧化物涂层厚度为1微米至50微米。

燃油喷嘴组件零件表面总体尺寸改变量一般应小于等于10微米。稀土氧化物涂层成份主要为氧化镧、氧化铈、氧化钕和氧化铕等。

电解抛光是用磷酸+浓硫酸+酪酐体系。在对喷嘴组件零件表面进行电解抛光时，可以用密度为1.17的磷酸H₃PO₄ 1280g/L、密度为1.84的硫酸186g/L、铬酐CrO₃ 106g/L，温度为70～80℃，电流密度为25A/dm²～30A/dm²条件下抛光45s～60s。