[发明专利]一种Ti-Al系金属间化合物阻燃性能试验方法

说明书

本发明属于高温结构材料领域，涉及一种Ti‑Al系金属间化合物阻燃性能试验方法。以一端带顶角的转子试样和中心带圆孔的静子试样构成的摩擦副作为点火源，将空气(或惰性气体)与氧气的预混气流氧浓度作为控制参数，将预混气流温度和压力等其它参数固定于某一数值，通过计算机软件程序调节供气系统的质量流量控制器，提高或降低预混气流氧浓度，直至获得多个点燃和不燃的试验测试点，将这些试验测试点填入预制表格，当静子试样点燃与不燃对应的预混气流氧浓度之差小于1.5％时，将静子试样不燃对应的预混气流氧浓度定义为临界氧浓度，继续重复10次试验，若静子试样均不燃，则该临界氧浓度定量描述了试样点燃与不燃的边界，即定量表征了被测试Ti‑Al系合金的阻燃性能。

技术领域

本发明属于高温结构材料领域，涉及一种金属间化合物合金阻燃性能测试与评价技术，尤其是涉及一种Ti-Al系金属间化合物阻燃性能试验方法。

背景技术

高压压气机和低压涡轮用钛合金叶片是高推重比航空发动机的核心零部件，因受到超高的温度和压力梯度作用，工作条件更为复杂和苛刻，钛火倾向性和严重性大大增加，致使钛火故障频发。国内外军用发动机和民用发动机发生过100余起钛火，不仅造成巨大经济损失，也严重影响了人们对新型高温钛合金的大量选材。当前，随着新一代航空发动机推重比的提高，压气机和涡轮的出口温度越来越高，对耐更高温度的防钛火材料提出迫切需求。传统固溶强化型高温钛合金(包括阻燃钛合金)的最高使用温度已经不能满足设计要求，有序强化型Ti-Al系金属间化合物(简称Ti-Al系合金)成为非常有应用前景的候选关键材料。比如，Ti₃Al和Ti₂AlNb合金的长期使用温度为650～700℃，TiAl合金则高达760～800℃。

Ti-Al系合金的阻燃性能是材料使用安全性的重要依据，为发动机设计选材的关键性能指标之一，通常采用点火燃烧过程涉及的基本特性来度量，国际上至今尚未形成统一的评价方法或技术标准。美国采用激光点火方法，针对两种涡轮喷气发动机压气机的模拟气流环境因素，将气流温度和压力作为控制参数，测试了Ti₃Al合金的点火特性，但未评价出TiAl合金的点火特性。德国MTU发动机公司采用扩展燃烧试验方法，将长度上的燃烧速率作为表征参数，评价了Ti₃Al和TiAl合金的燃烧特性，为Ti-Al系合金在高压压气机和低压涡轮的叶片等构件上选材提供了数据支撑。然而该方法仅能半定量表征Ti-Al系合金的阻燃性能。

发明内容

本发明的目的是针对Ti-Al系合金阻燃性能评价方法未建立而提出一种控制参数精确、满足工程需求且易于操作的定量表征Ti-Al系合金阻燃性能的试验方法。

本发明的技术方案是，采用摩擦点火设备，对Ti-Al系金属间化合物阻燃性能进行试验，该试验方法包括以下步骤，