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航空发动机石墨密封材料在高温工况下的摩擦磨损行为及机理研究

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密封是航空发动机上的关键零部件，对于发动机的性能有着极为重要的影响。石墨材料由于具有良好的自润滑性和化学稳定性，可以作为密封摩擦配副中的软质材料，与多种金属和非金属材料配合使用。随着我国航空航天事业的发展，发动机需要在更高的压差、速度和温度工况下工作，因此对石墨材料提出了更高的要求。高温工况下，浸渍无机盐是提高石墨材料抗氧化性的重要方法，但目前对于浸渍物在高温工况下对石墨材料摩擦磨损的影响研究较少，作用机制尚不清晰。本文采用环对环的平端面摩擦副结构对浸渍石墨和不锈钢摩擦磨损行为进行了研究。结果表明当滑动的速度为2.41m/s时，摩擦系数随着端面压力的增加而减小，石墨磨损率随着载荷的增加而增加。利用白光干涉形貌仪和扫描电子显微镜对浸渍石墨磨损表面进行观测，发现在不同端面压强条件下，浸渍石墨环磨损端面会出现不同的磨损锥度，随着载荷的增加，靠近内径处磨损区域的锥度增加，浸渍石墨靠近内径处的浸渍成分有沿着摩擦副端面向外径向迁移的现象，在载荷较大时，会在靠近外径处出现磨损反锥度，导致浸渍石墨环的磨损加剧。利用ansys有限元软件，对摩擦副进行了热固耦合仿真，结合试验后的磨损表面形貌，对发动机密封浸渍石墨材料的摩擦磨损机理进行了讨论。