去不掉的火箭发动机锈疾,该文是有关发动机硕士论文开题报告范文和火箭发动机类硕士学位毕业论文范文.
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文付毅飞 于紫月
“不锈钢能不能不生锈？ ” 这个有点黑色幽默的问题,几乎让中国航天科技集团六院发动机专家、 长征五号运载火箭副总设计师陈建华落下心病.
在我国 120 吨级液氧煤油补燃循环发动机YF-100 的研制过程中, 陈建华注意到好几种高强度不锈钢容易生锈. 从 2011 年开始, 他跟钢铁研究总院特殊钢研究所副所长苏杰进行过无数次沟通, 双方压力都很大, 但没有得到完全让人信服的答案.
强度和防锈性能是对矛盾体
用于火箭发动机的钢材需具备多种特性, 其中高强度是必须满足的重要指标. 过去我国火箭发动机上采用的奥氏体不锈钢, 屈服强度约为 300 兆帕, 而新一代运载火箭所用材料, 强度是其 2~4 倍.
然而, 不锈钢的强度和防锈性能, 却是鱼和熊掌般难以兼得的矛盾体.
“需要明确一个概念, 不锈钢是会生锈的. ” 苏杰说, “简单来讲, 钢材的耐蚀性主要依靠合金元素铬的含量, 但如果该元素加得太多, 强度就上不去. 因此高强度的材料, 防锈能力一定会较差. ”
北京科技大学材料科学与工程学院教授李静媛补充说, 提高不锈钢强度常用的方法是析出强化. 在热处理工艺中, 钢材料内部会析出一些微粒, 弥散分布于基体中导致硬化. “但是, 微粒析出的位置会出现缺陷, 缺陷处合金元素减少、 组织结构出现差异, 破坏了金属材料的均匀性, 就容易发生腐蚀, 也就是通常所说的 ‘生锈’ ” .
陈建华表示, 火箭发动机材料如果只是有点浮锈问题不大, 但如果严重生锈, 可能带来很大影响.
假设阀门的阀芯生锈, 会使阀门在开合过程中遇到阻力, 导致反应速度出问题. 如果锈得厉害, 还可能发生泄漏. 要是管道生锈, 锈块随着燃料流动, 可能引起堵塞.
这是世界性难题
生锈问题带来的苦恼, 陈建华深有体会. “为了防锈, 我们规定发动机见水不能超过几小时. 可是, 发动机沾水在所难免. 例如做水力试验, 每次做完得赶紧把发动机拉回厂里, 放进炉子烘干. ” 他说, “长征五号火箭只能在海南文昌发射, 暴露在潮湿环境中多久会生锈？ 我只关心这个. ”
苏杰坦陈, 我国在新材料研发方面与发达国家还有差距, 目前主要处于仿制阶段. 现在我国航天材料大多用的是国外 20 世纪六七十年代用的材料,只是如今工艺技术更先进, 生产的同样材料性能更好.
李静媛对此颇为忧虑： 如果遇到高端产品, 国外不公开材料成分、 工艺, 我们难免会被 “卡住脖子” .同时她认为, 我国拥有一流的设备, 但管理水平与国外存在差距. 例如发达国家在生产过程中会严格控制杂质含量, 如果纯度不达标, 便重新回炉, 但国内厂家往往缺乏这种严谨的态度.
“完全依靠材料自身实现高强度和防锈性能兼备, 这是世界性难题. ” 苏杰表示.
鱼和熊掌兼得需借助 “外援”
其实, 航天材料防锈并非不能实现, 只是需要借助 “外援” . 苏杰说, 通过材料和工艺配合, 一方面利用材料自身防锈能力, 一方面采用表面涂层处理或往材料内腔注入干燥空气、 氮气等辅助手段, 已经解决了生锈问题.
陈建华表示, 六院也针对生锈问题专门开展了试片研究, 并对产品适应性进行了充分考核验证. 通过对贮存 5 年的发动机进行多次考核, 发现其工作状况良好.
但是, 他仍没有完全放心. 陈建华说, 我国正在发展可重复使用的火箭发动机, 其使用时间更长, 内部要反复经受煤油浸泡, 又不能拆开处理, 对防锈能力的考验会更严峻. 又如我国新一代运载火箭, 现在是无人发射, 将来要是载人, 安全可靠性要求更高. 生锈问题到底有没有影响？ 这些问题必须搞清楚.
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