液体火箭发动机机械密封用TZM钼合金材料应用研究

摘要

机械密封摩擦副材料作为机械密封的关键因素,其性能好坏,将决定机械密封工作的稳定性和可靠性.液体火箭发动机机械密封密封摩擦副不仅承受高压、高转速恶劣工况及自身摩擦热,还要适应四氧化二氮介质高饱和蒸汽压、强氧化、易汽化、冷却润滑性能差等特性,对摩擦副材料自润滑性、耐磨性、导热性以及起动时短时间“干摩擦”的适应性提出很高的要求.钼合金导热系数较高,是一般动环材料的数倍,将钼合金作为动环材料,可有效改善端面密封工作环境,解决发动机转速快致使摩擦副温度高等难题.本文首先采用N2O4液体、浓硝酸、稀硝酸、碳酸钠等溶液浸泡动环,验证了钼合金材料满足《四氧化二氮安全应用准则》要求材料1级相容的要求.其次通过仿真计算和运转试验充分验证了,钼合金材料的导热优势,在发动机1100s试车过程中,机械密封工作稳定,未出现漏气、漏液等现象,工作过程中采用TZM动环的端面温度较采用9Cr18动环的端面温度低30°C～40°C,大大提高了密封工作的稳定性.最后,分析了钼合金长期贮存后表面生成氧化膜成分主要是MoO2和MoO3,后续还需进行系统的研究该氧化膜对密封性能的影响.