Page 51 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

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试验与研究 DOI:10.11973/lhjy-wl240168

GH605 高温合金在空气中的氧化及氧化膜结焦行为

刘京雷，张 凯，鲍彬彬
（华东理工大学 承压系统安全科学教育部重点试验室 机械与动力工程学院，上海 200237）

摘 要：航空发动机喷嘴结焦积碳会引起燃油雾化效果变差、燃烧效率低，甚至严重危害航空飞
行器的安全。以空气为氧化气氛，研究了不同温度下GH605合金的高温氧化特性，以RP-3航空煤
油为原料考察了高温下合金表面状态对结焦行为的影响。结果表明：随着氧化温度的升高，合金表
面氧化膜以富铬氧化物及（Co,Ni,Mn）Cr 2 O 4 尖晶石为主，W、Ni元素较少，合金具有较好的抗高温
氧化性能；氧化膜中含有少量的Co催化元素，氧化表面结焦初期仍以典型的催化结焦机制为主，之
后转变为非催化结焦机制，焦炭呈无定型颗粒状。
关键词： 航空发动机；喷嘴；GH605合金；结焦；高温氧化
中图分类号：TB31；V271 文献标志码：A 文章编号：1001-4012(2024)11-0035-06

Oxidation and oxide film coking behavior of GH605 high temperature alloy in air

LIU Jinglei, ZHANG Kai, BAO Binbin

(School of Mechanical and Power Engineering, Key Lab of Safety Science of Pressurized System of Ministry of Education, East
China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract: Coking and carbon deposition on aircraft engine nozzles could cause poor fuel atomization effect, low
combustion efficiency, and even seriously endanger the safety of aircraft. The high temperature oxidation characteristics
of GH605 alloy at different temperatures were studied using air as the oxidation atmosphere, and the effect of alloy
surface state on coking behavior at high temperatures was investigated using RP-3 aviation kerosene as raw material.
The results show that as the oxidation temperature increased, the oxide film on the alloy surface was mainly composed of
chromium rich oxide and (Co,Ni,Mn)Cr O spinel, with fewer W and Ni elements. The alloy had good high temperature
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oxidation resistance. The oxide film contained a small amount of Co catalytic elements, and the typical catalytic coking
mechanism was still dominant in the initial stage of surface coking. Later, it transformed into a non-catalytic coking
mechanism, and the coke appeared as amorphous particles.
Keywords: aircraft engine; nozzle; GH605 alloy; coking; high temperature oxidation

燃油喷嘴可以将航空燃料输送至燃烧室，并且 的热负荷越来越大，航空发动机喷嘴结焦逐渐成为
进行喷雾，燃油雾化效果直接影响燃料在燃烧室的 广泛关注的问题之一。
燃烧性能。在航空发动机工作过程中，喷嘴处于一 目前国内外抑制结焦的方法主要有：向燃料中
个高温、富油的环境，航空燃料的自身特性和喷嘴材 添加抑制剂、改进喷嘴结构、采用新型材料和材料
料某些金属元素的催化作用使航空燃料在喷嘴内壁 表面处理等 [6-9] 。航空发动机喷嘴的结构复杂，其中
和喷嘴口端部产生积碳结焦 [1-4] 。结焦积碳积累到 大部分零部件采用 GH605 高温合金，该合金是由
一定程度就会使航空发动机的性能显著下降、燃油 质量分数为20%的Cr元素和质量分数为15%的W
消耗增大、缩短发动机的使用寿命，甚至产生安全事 元素固溶强化处理形成的钴基高温合金，在 815 ℃
[5]
故 。随着航空飞行器飞行速度不断加快，发动机 以下具有中等持久强度和蠕变强度，在 1 090 ℃下
具有良好的抗氧化性能，还具有优良的成形性能和
收稿日期：2024-06-20
作者简介：刘京雷（1975-） ，男，博士，副教授，主要从事功能材 焊接性能等。高温条件下，合金表面易发生氧化，
料及高效过程装备的开发与设计工作，ljlei@ecust.edu.cn 其表面状态发生改变 [10] 。因此，有必要对喷嘴合金
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