[发明专利]一种超高温水氧环境摩擦磨损测试系统

说明书

本发明公开了一种超高温水氧环境摩擦磨损测试系统，包括氧气源、氩气源、蒸汽发生器、摩擦磨损测试设备、温度控制系统和计算机控制系统，该系统模拟了航空航天装备中热端滑动部件的高温水氧服役环境，可以用于超高温（≥1400℃）水氧环境、以及最大加载1000 N、摩擦线速度0.02~100 mm/s下材料的摩擦磨损性能测试，通过获得材料在热‑力‑摩擦‑水氧环境多因素耦合作用下的摩擦磨损行为，掌握材料性能的失效演化规律，为材料的主动设计和实际应用提供可靠数据。该测试系统对驱动高可靠长寿命高温固体润滑材料的研发，以及推动我国润滑技术与高端装备的持续发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及超高温摩擦性能测试技术领域，尤其涉及一种超高温水氧环境摩擦磨损测试系统。

背景技术

摩擦与润滑是机械运动部件的共性问题，从空间机械到地面装备，从微型机械到航空母舰，只要存在机械运动，无不涉及摩擦与润滑问题。润滑材料的可靠性和稳定性已成为确保高端装备机械系统安全、高效、稳定运行的关键。其中，高温固体润滑材料广泛应用于航空发动机轴承及其传动系统、导弹全燃气伺服机构、火箭发动机推力室等核心装置的关键热端部件中。随着新一代装备的发展，部分滑动部件的服役温度已超过1400 °C，甚至高达1600 °C以上，且服役环境同时涉及水氧气氛、高载、高速等多因素交互环境，上述苛刻条件对固体润滑材料的性能提出了更高的要求。据悉，国外如美国NASA、乌克兰国家科学院等单位已开发出新型超高温耐磨陶瓷基自润滑材料，并在新一代验证机上获得应用。然而，我国在超高温耐磨陶瓷基自润滑材料方面的研究起步较晚，缺乏对此类材料的系统研究和基础应用数据。究其原因，除材料核心技术和工艺外，缺乏具有近服役工况模拟能力的摩擦磨损测试设备是限制材料性能提升和应用的关键。据调研，国内外公开销售的高温摩擦磨损试验设备的使用温度在1000 °C左右，极限温度均低于1200 °C，且无水氧气氛环境功能，严重制约了高性能陶瓷基自润滑材料的开发与应用。

发明内容

本发明的目的是基于以上所述，提供一种超高温水氧环境摩擦磨损测试系统，用于考察材料在热-力-摩擦-水氧环境多因素耦合作用下的服役性能和退化规律，进而为材料的性能提升和实际应用提供基础数据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高温水氧环境摩擦磨损测试系统，包括氧气源、氩气源、蒸汽发生系统，其中，氧气源、氩气源、蒸汽发生系统出气口均与配气系统进气口相接；所述测试系统还包括摩擦磨损测试设备、温度控制系统和计算机控制系统；

所述摩擦磨损测试设备包括仪器底板，仪器底板上方设有Y轴直线平移导轨，Y轴直线平移导轨由手轮驱动；所述Y轴直线平移导轨上方设有支撑座，支撑座上方设有载样装置；所述载样装置包括底座，底座上设有直线导轨，直线导轨上设有滑块，滑块端部设有摩擦力传感器，滑块上方设有安装台，安装台上设有隔热块，隔热块顶部设有载样台，载样台顶部伸入加热炉内部，加热炉上方设有摩擦加载装置，摩擦加载装置上方设有载荷加载装置；

所述加热炉包括顶部开口的炉膛，炉膛一侧设有加热硅碳棒，炉膛中部设有水氧环境室，水氧环境室包括底板，底座上设有水氧混合气入口和载样台入口，底座顶部设有密封隔离罩，密封隔离罩顶部设有加载杆入口，炉膛顶部设有保温隔热盖板；动态配气仪混合气出口通过混合气通气管与水氧混合气入口连通，所述混合气通气管外周设有加热带；

所述摩擦加载装置包括往复运动台，往复运动台在底部X轴往复导轨的带动下往复运动，X轴往复导轨由往复运动电机驱动，往复运动台中部贯穿设置加载杆，加载杆外部设有加载杆滑套，加载杆伸出加载杆滑套部分穿过保温隔热盖板伸入加热炉、并与载样台相对；

所述载荷加载装置包括加载电机，加载电机通过联轴器与丝杆连接，丝杆底部设有光学高精度升降台，该光学高精度升降台上设有加载滑杆，加载滑杆底部设有载荷传感器，加载滑杆上载荷传感器上部设有限位直线导轨，载荷传感器底部设有加载压头，加载压头底部设有滚轮，滚轮底部伸出加载压头；