CN101629295A - 一种抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，旨在提供能够有效降低零件表面粗糙度，减少零件表面沟壑，并能降低积碳在零件表面的积碳机率和机械锚固力的抗燃油喷嘴表面沉积积碳的处理方法。并由以下技术方案予以实现：用电解抛光或等离子体抛光对喷嘴组件零件表面进行抛光；在抛光表面用多弧离子镀设备镀制一层2微米～5微米厚的硬质陶瓷过渡涂层；再在硬质过渡涂层上喷涂一层聚四氟乙烯树脂乳液和磷酸盐+酪酐的混合物涂层；然后，将上述处理后的喷嘴组件零件放入烘箱炉内进行烘干。本发明方法解决了发动机燃油喷嘴在工作中因积碳而引起燃油喷射雾化角、流量、分布效果变差甚至喷油通道完全被堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种主要于航空发动机燃油喷嘴抗积碳的表面处理方法，更具体地说，本发明涉及一种喷嘴组件的表面处理方法。该方法通过降低积碳在喷嘴组件表面的附着力和附着面积，进而减少积碳的沉积量，确保燃油喷嘴正常工作。
背景技术
由耐热不锈钢或高温合金钢加工而成的航空发动机燃油喷嘴组件(包括旋流器、螺帽等)，其表面粗糙度是由零件材料、设备精度和加工方法决定的，因此表面往往存在有大量分布不均的微观沟壑，且由上述金属材料制造出的燃油喷嘴表面能高，二者共同作用具有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。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。典型故障是喷嘴组件表面堆积大量积碳，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。
为了寻找抗积碳方法，中国专利200410028514.4提出了《一种抗积碳高效的中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法》。该方法利用致密或多孔的混合导体材料作为电解质，控制二甲醚燃料电池阳极以及电解质上的积碳。当材料具有一定的氧离子-电子混合电导时，氧气可以自发地从高氧分压端通过混合导体材料选择性地扩散到低氧分压端，扩散的氧可以有效地氧化阳极、阳极一侧电解质表面的积碳物种，消除积碳。该抗积碳方法无法由于不能解决喷嘴组件表面的附着力和附着面积，而不能应用在高温环境下的发动机零件上。
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。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微观沟壑，有利于积碳粒子团聚体的嵌入，增加了积碳的机械附着力。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
本发明的任务是提供一种能够有效降低零件表面粗糙度，减少零件表面沟壑，并能降低积碳在零件表面的积碳机率和机械锚固力的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，以避免喷嘴喷油性能降低或通道堵塞。
本发明的目的可以通过以下措施来实现，
本发明提出的一种抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，具有如下技术特征：
A.用磷酸+硫酸+酪酐体系电解液对喷嘴组件零件表面进行电解抛光或等离子体抛光；
B.在抛光表面用多弧离子镀设备镀制一层2微米～5微米厚的硬质陶瓷过渡涂层；
C.再在CrN涂层上喷涂一层聚四氟乙烯树脂乳液和/或磷酸盐+酪酐的混合物涂层；
D.然后，将上述处理后的喷嘴组件零件放入烘箱炉内进行烘干。
本发明所述的电解抛光，主要为磷酸+硫酸+酪酐体系；陶瓷涂层主要为氮化物和氧化物涂层；低表面能涂层为聚四氟乙烯树脂乳液或磷酸盐+酪酐+聚四氟乙烯乳液的混和物。
本发明针对航空发动机的燃油喷嘴组件的特性和抗积碳要求，提出了抛光、陶瓷涂层、低表面能涂层相结合的技术途径。通过降低喷嘴组件表面粗糙度和采用低表面能涂层，有效降低了积碳的附着强度和附着面积，增加了其在工作过程中自行脱落的机率，从而保证燃油喷嘴正常工作。在上述抗积碳表面处理方法中，电解抛光可以有效降低零件表面粗糙度，减少零件表面沟壑，减少零件表面有效面积，从而降低积碳在零件表面的积碳机率和机械锚固力；陶瓷涂层不仅本身表面能较低，也是作为一种硬质过渡层。在陶瓷涂层上喷涂一层低表面能涂层，增加了低表面能涂层的附着力和工作稳定性。三者共同作用使生成的积碳更容易自行在零件表面脱落。本发明的抗积碳表面处理方法是通过大量试验确定的。经本发明处理后的零件表面积碳总量明显减少。从而有效地防止了喷嘴在工作中积碳的大量沉积，避免了燃油喷嘴喷雾效果变差或喷油通道堵塞。解决了发动机燃油喷嘴在工作中因积碳而引起燃油喷射雾化角、流量、分布的改变甚至喷油通道完全被堵塞的问题。
本发明提供的上述方法还可适用于汽车、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，首先用磷酸+硫酸+酪酐体系电解液对喷嘴组件零件表面进行电解抛光或等离子体抛光。电解抛光为磷酸+浓硫酸+酪酐体系。在对喷嘴组件零件表面进行电解抛光时，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，在温度为70～80℃，电流密度为25A/dm2～30A/dm2条件下抛光45s～60s；在抛光表面用多弧离子镀设备镀制一层2微米～5微米厚的硬质陶瓷过渡涂层。抛光表面镀制的CrN陶瓷涂层为物理法加工的氮化物、氧化物陶瓷涂层。或用硫酸铵4％(wt％)；柠檬酸铵：2％(wt％)，其余为水，温度：85℃，工作电压：260V(DC)条件下抛光时间5min～10min。
再在CrN涂层上喷涂一层聚四氟乙烯树脂乳液或聚四氟乙烯树脂乳液+磷酸盐+酪酐的混合物涂层。上述涂层总厚度为1微米至50微米或50微米以下。
然后，将上述表面处理后的喷嘴组件零件放入烘箱炉内进行烘干。烘干温度为先从室温加温至240℃保温10min，在以1.5℃/min的速度升温至370℃±10℃，保温30min。随炉冷却至200℃后，打开炉门冷却至室温后取出。
Claims (6)
1.一种抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，具有如下技术特征：
A.用磷酸+硫酸+酪酐体系电解液对喷嘴组件零件表面进行电解抛光或等离子体抛光；
B.在抛光表面用多弧离子镀设备镀制一层2微米～5微米厚的硬质陶瓷过渡涂层；
C.再在CrN涂层上喷涂一层聚四氟乙烯树脂乳液和/或磷酸盐+酪酐的混合物涂层；
D.然后，将上述处理后的喷嘴组件零件放入烘箱炉内进行烘干。
2.按照权利要求1所述的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，其特征在于，在对喷嘴组件零件表面进行电解抛光时，用密度为1.17的磷酸H3PO4 1280g/L、密度为1.84的硫酸186g/L、铬酐CrO3106g/L，在温度为70～80℃，电流密度为25A/dm2～30A/dm2条件下抛光45s～60s；
3.按照权利要求1所述的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，抛光表面镀制的CrN陶瓷涂层为物理法加工的氮化物、氧化物陶瓷涂层。
4.按照权利要求1所述的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，其特征在于，烘干温度为先从室温加温至240℃，保温10min，并以1.5℃/min的速度升温至370℃±10℃，保温30min。
5.按照权利要求1所述的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，其特征在于，燃油喷嘴其上实施的涂层总厚度为1微米至50微米。
6.按照权利要求1所述的抗燃油喷嘴积碳的表面处理方法，在对喷嘴组件零件表面进行等离子抛光时，用3wt％～6wt％的硫酸铵，1wt％～3wt％的柠檬酸铵，用70℃～90℃温度，220v～300v的直流工作电压下完成。
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