一种长时间可控流量高温水蒸气-空气耦合腐蚀实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种长时间可控流量高温水蒸气

【技术实现步骤摘要】
一种长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置


[0001]本专利技术涉及材料腐蚀实验装置
，特别涉及一种长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着能源和航空工业的发展，对高效率燃气轮机和高推重比航空发动机的需求增高，然而要提高推重比就必须提高航空发动机的进口温度，这就对燃气轮机和航空发动机的热端部件提出了更为严苛的耐高温性能要求，使用温度普遍都超过了1400℃。极限使用温度低于1100℃的传统的镍基高温合金已不再适用，取而代之的是更耐高温，低密度以SiC，Si3N4等为代表的硅基非氧化物陶瓷及其复合材料。硅基非氧化物陶瓷及其复合材料作为发动机热端部件最常见的问题就是在高温燃气的工作环境中易在与水蒸气、氧气环境反应生成挥发性强的Si(OH)4，在高温燃气的不停冲刷下导致基体不断减薄，大大降低产品的使用寿命和服役时间。
[0003]为了尽可能的降低高温燃气环境对硅基陶瓷材料的侵蚀，必须想办法将硅基陶瓷材料的热端部件与恶劣复杂的高温燃气环境隔绝开来，在这种背景下环境障涂层应用而生。环境障涂层对基体陶瓷保护效果的核心部分在于其面层材料的耐高温水氧腐蚀能力，现在普遍使用的环境障涂层面层材料多为稀土硅酸盐以及各种稀土元素掺杂的高熵硅酸盐陶瓷材料，为了评价开发出来的面层陶瓷材料的耐高温水氧腐蚀能力，势必要开发搭建出一种可以模拟高温水氧腐蚀环境的装置，将陶瓷材料或复合材料基体置于其中进行腐蚀试验。
[0004]目前，针对高温水氧腐蚀装置存在难以长时间稳定运行，难以模拟试验件真实运行环境等一系列缺陷，经检索，CN 216955653 U提供了一种全自动水氧腐蚀测试装置，但其采用的气源为气瓶氧气与水蒸气耦合的环境，在大气流、长时间腐蚀的要求下，不仅腐蚀成本颇高，实验过程中更是需要不停更换气瓶，带来操作上的繁琐性，另外氧气
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水蒸气耦合的混合气氛较环境障涂层面层陶瓷材料的实际腐蚀工况也有较大的差异。经检索，CN 107884332 A提出了一种控制氧含量的高流速多状态水腐蚀实验装置，其系统装置也采用的是气瓶式气源，同样有着操作繁琐，不适用于环障涂层面层陶瓷材料腐蚀等缺点。另外陶瓷材料在做高温氧化腐蚀等实验时，通常要将样品放入陶瓷坩埚，然后再放入炉腔中，然而普通常见的陶瓷坩埚在超过1300℃高温水汽环境长时间热循环下，会在炉腔中发生脆裂等状况，导致腐蚀样品难以取出，影响实验效果；经济成本也应在考虑范围内，如何既保证实验质量，又降低实验成本，在陶瓷或复合材料腐蚀实验实际操作中，这些关键细节以上专利都未提出明确的解决办法。目前亟需为陶瓷或复合材料高温水氧腐蚀提供一种既能产生贴合实际腐蚀环境、流量比例可控稳定的水蒸汽气氛，又要操作简单，腐蚀过程中坩埚能随时有效取出，同时尽可能的降低实验成本的腐蚀装置。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种长时间可控流量的高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置。
[0006]具体而言，本专利技术提供的长时间可控流量的高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，包括：空压机、调压阀、蠕动泵、汽化器、转子流量计、管式高温炉和管路伴热系统；其中，所述空压机、所述调压阀、所述转子流量计和所述汽化器依次连接；水源供应单元、所述蠕动泵和所述汽化器依次连接；所述汽化器、所述管式高温炉和废液收集箱依次连接，所述管式高温炉中设有氧化铝坩埚。
[0007]本专利技术提供的装置结构简单，操作便利，所用的水蒸气和空气做气源，可长时间供气，双气源流量比例可控，较普通的水氧腐蚀试验里氧气
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水蒸气的混合气氛更为接近工件实际的工况环境，对于动则需要200小时以上的腐蚀实验，以空气替代氧气大大降低了实验成本以及随时更换气瓶、暂停实验带来的实验误差，实验操作起来也更为安全便利。本专利技术装置设备能更加真实的模拟材料在高温水蒸气
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空气环境下的腐蚀失效情况，且操作简单、大大降低了实验成本，能更好实现长时间可控流量的水蒸气
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空气耦合高温腐蚀环境。
[0008]作为优选，所述管式高温炉优选采用具备单向进气和出气接口的管式高温炉。本专利技术采用具备单向进气和出气接口的管式高温炉作为加热装置，作为加热装置，提供稳定流量的高温水蒸气
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空气腐蚀环境，所述的加热温度为范围从室温到1650℃，满足绝大多数陶瓷或复合材料试样的水蒸气
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空气腐蚀环境需求。
[0009]作为优选，所述氧化铝坩埚为钼丝加固的氧化铝坩埚。本专利技术中配备钼丝加固的氧化铝坩埚可以实现在长时间热循环下的持续使用，在不引入杂质干扰实验的前提下，大大降低了在长时间高温腐蚀实验中需频繁暂停实验更换坩埚带来的实验误差。
[0010]本专利技术中，为防止长时间高温水汽腐蚀循环情况下使用的陶瓷坩埚脆裂以致样品在炉腔中无法取出，将实验使用的氧化铝坩埚用耐高温且可重复利用的钼丝以一定的方式缠绕捆绑进行改造，既保证了实验的顺利进行，也极大程度避免了实验耗材的浪费。
[0011]根据本专利技术，自制的钼丝加固的氧化铝坩埚由直径1mm的钼丝以网状交叉编织的方法缠绕矩形氧化铝坩埚制成。钼丝起到了保护骨架的作用，实现了对氧化铝坩埚的加固支撑，大大延长了其使用寿命。
[0012]进一步优选，所述氧化铝坩埚设置于所述管式高温炉的均温区。本专利技术中，本专利技术管式高温炉炉腔中(均温区)配备钼丝加固的氧化铝(陶瓷)坩埚作为盛放样品的容器，尤其在管式高温炉炉腔均温区设置上述结构的钼丝加固的氧化铝陶瓷坩埚能够使得原本在1300度高温水氧腐蚀气氛下工作20小时就脆断的氧化铝坩埚能够被钼丝骨架包裹住进而使得样品能够从管式高温炉中被顺利取出，避免了坩埚脆断导致样品散落在炉腔中无法取出，即使取出也会使样品被炉腔壁上的杂质污染，导致产生巨大的实验误差。总之，本专利技术提供的钼丝加固的氧化铝陶瓷坩埚能够避免这种实验误差，保证实验数据的准确性。
[0013]作为优选，所述转子流量计的出口连接所述汽化器的第一入口，所述蠕动泵与所述汽化器的第二入口连接。作为优选，转子流量计出口直接连接汽化器的入口，但所述入口与蠕动泵连接汽化器的入口不同。
[0014]作为优选，所述管式高温炉的进气口连接第一气压表，所述管式高温炉的出气口连接第二气压表。本专利技术中，通过第一气压表的压强设置，能够使得规定气压的混合气氛进
入管式高温炉中，第二气压表的设置能够监测管式高温炉内部气压，保证实验的安全性。
[0015]进一步优选，装置中所用管路为聚四氟乙烯管；优选的，在管式高温炉的进气管路外设置伴热系统。本专利技术中所用管路优选皆采用的是聚四氟乙烯管，可承受高温蒸汽，优选在管路外增加伴热系统，对管路(优选管式高温炉的进气管路)加热，可以保证水蒸气
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空气混合气处在100℃以上的高温状态。
[0016]进一步优选，所述调压阀为减压阀。
[0017]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，其特征在于，包括：空压机、调压阀、蠕动泵、汽化器、转子流量计和管式高温炉；其中，所述空压机、所述调压阀、所述转子流量计和所述汽化器依次连接；水源供应单元、所述蠕动泵和所述汽化器依次连接；所述汽化器、所述管式高温炉和废液收集箱依次连接，所述管式高温炉中设有钼丝加固的氧化铝坩埚。2.根据权利要求1所述的长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，其特征在于，所述氧化铝坩埚为钼丝加固的氧化铝坩埚。3.根据权利要求2所述的长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，其特征在于，所述氧化铝坩埚设置于所述管式高温炉的均温区。4.根据权利要求1
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3任一项所述的长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，其特征在于，所述转子流量计的出口连接所述汽化器的第一入口，所述蠕动泵与所述汽化器的第二入口连接。5.根据权利要求1
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4任一项所述的长时间可控流量高温水蒸气
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空气耦合腐蚀实验装置，其特征在于，所述管式高温炉的进气口连接第一气压表，所述管式高温炉的出气口连接第二气压表。6.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：贺定勇，王鹏，郭星晔，周正，崔丽，王国红，谈震，吴旭，邵蔚，吴杨，马利霞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：