压气机压盖腐蚀研究分析

压气机压盖腐蚀研究分析

王天阳 唐艳 张元庆

哈尔滨东安发动机有限公司， 黑龙江哈尔滨 150000

摘要：发动机分解检查过程中发现压气机压盖损伤，多处出现腐蚀形貌斑点，形貌表现为斑点侵入压盖基体，大小不一，形状不规则。其中损伤部位集中在与封严环配合接触轴颈面和端面。本文为解决压盖损伤问题，主要对压盖腐蚀区域进行理化分析，得出压盖腐蚀部位的主要元素成分，并与基体元素进行对比，判定外来元素主要成分。通过对压盖封存状态、清洗后状态和使用状态进行对比试验分析，得出造成压盖腐蚀主要因素。根据腐蚀原因制定压盖损伤解决方案。并对返修后的压盖进行理化分析，验证方案可行性。通过分析得出：压盖腐蚀区域含有大量磷元素。石墨环残留磷酸是导致压盖损伤的主要原因。通过清洗后石墨环与压盖相配合腐蚀情况消失。

关键词：压盖 石墨环 磷酸 腐蚀

绪论

发动机风扇转子为盘鼓式结构。它由进气整流罩、轮盘、1、2级转子叶片、风扇轴、拉紧螺栓、球轴承组合等零件构成。风扇轴后端通过其上的圆柱定位面和外花键与压气机轴前端内腔的圆柱定位面和内花键配合，实现径向定位，并传递从压气机轴传来的扭矩；前端内花键与1级盘的外花键相配合，将扭矩传递到风扇转子，实现对气体的增压功能；风扇轴中间加工有一个外齿轮，是整个发动机传动系统的主动齿轮，带动整个齿轮副的转动；在齿轮后的外表面上安装一个定位键，与电机转子上的键槽配合，带动电机转子一起转动。1级盘与风扇轴的配合紧度直接影响到风扇转子装配状态，进而对动平衡产生影响。

压盖位于风扇一级盘与二级盘中间，与风扇轴相配合，起到轴向定位连接作用。压盖外部有石墨封严环，挡油封严装置采用碳基石墨环圆周封严。由碳基封严材料M210W制成的封严环有一个径向切口，安装在压圈和压盖之间，其外径胀紧在油泵上壳体的压盖内壁上。工作时，受热膨胀，切口间隙比冷态时小，保证了轴承腔的密封。

压盖腐蚀情况分析

压盖损伤情况通过理化情况分析，缺陷呈斑点形貌，位于零件底座上表面及内圈外径表面，该两处表面为零件与石墨环的配合面。底座部位损伤情况较为严重，缺陷较多，局部连成片状，分布于整片圆周。轴颈部位损伤呈斑点情况。靠近内径根部腐蚀区域存在龟裂层，将龟裂层剥落后，露出外表面与其余无龟裂层腐蚀表面具有相同表面特征，部分露出的无覆盖物缺陷表面隐约可以观察到零件表面残留的存在轻微残留刀痕。内径表面腐蚀表面与端面具有相同特征。在扫描电镜下对零件底座损伤部位进行分析，缺陷区域呈腐蚀形貌特征，腐蚀层呈浅表腐蚀剥落特征。

腐蚀原因分析

通过上述腐蚀形貌和外来元素分析可知，压盖损伤的主要原因为腐蚀，腐蚀物中含有大量磷元素。对剥落物进行能谱分析，具体元素含量见表1。基体零件材料为14CrMnSiNi2MoAK，由表中可以看出，除基体材料成分外，外来元素成分主要为磷元素。因此，初步推断压盖腐蚀为含磷元素腐蚀物对其造成损伤。为查找压盖腐蚀形成原因，对压盖工作环境和使用情况进行了分析。该处压盖在使用过程中与封严环相配，并与滑油接触。滑油主要成分中无磷元素，主要判断为石墨封严环与压盖相配使用过程中对压盖造成腐蚀。压盖在库存包装和使用时经历了油封和清洗等过程。

针对压盖封存和使用环境，为确定压盖腐蚀成因，试验领取3件新品压盖进行对比分析试验对压盖进行分组对比试验。压盖领取后进行理化检验，均外观完好，未发现腐蚀产物。对压盖分成3组进行对比试验，3组压盖试验状态分别为清洗后无石墨环相配、清洗后与石墨环相配和未清洗与石墨环相配。三组压盖与石墨封严环相配约一段时间后，观察试验结果为：与石墨相配的压盖无论是否清洗，在接触面均发生腐蚀，只清洗未与石墨环相配的压盖完好，无腐蚀。通过试验结果可以推断，压盖腐蚀与石墨封严环有直接关系，排除清洗液和油封对压盖造成腐蚀因素。通过对石墨封严环的材料要求可知，封严环材料为M210无机盐抗氧化处理 Q/HT42-2004，材料进行无机盐抗氧化处理时使用过磷酸。因此，可以判断压盖腐蚀为石墨封严环处残留磷酸相配导致压盖产生腐蚀。

表1

解决方案及效果验证

为解决压气机压盖损伤问题，对石墨封严环进行清洗并与压盖相配并进行理化分析。根据理化分析结果，通过在实体显微镜下对压盖内径表面和底座表面进行观察，被检测表面完好，均无腐蚀现象产生。说明对压盖进行清洗后，可以清除残留磷酸，避免石墨密封圈和压盖相配后腐蚀现象产生。

总结与展望

本文通过对压盖腐蚀现状分析、分组对比试验、和返修后的试装配，得出以下结论：

1.压盖腐蚀缺陷呈斑点形貌，位于零件底座上表面及内圈外径表面，该两处表面为零件与石墨环的配合面；

2. 除基体材料成分外，外来元素成分主要为磷元素，推断压盖腐蚀为含磷元素腐蚀物对其造成损伤；

3.对压盖分成3组进行对比试验，3组压盖试验状态分别为清洗后无石墨环相配、清洗后与石墨环相配和未清洗与石墨环相配。与石墨相配的压盖无论是否清洗，在接触面均发生腐蚀，只清洗未与石墨环相配的压盖完好，无腐蚀。

4.通过对石墨环清洗后腐蚀情况消失，验证了清洗措施有效，能够解决石墨环造成的压盖腐蚀。

参考资料

[1]航空发动机设计手册：第9册.航空工业出版社,2000

[2]航空发动机原理.廉莜纯，昊虎.西北工业大学出版社，2005

[3]工程燃烧学.张松涛.上海交通大学出版社，1987

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