[發明專利]一種小尺寸錸銥發動機燃燒室的復合成形制備方法

有效

• 申請號: 201910074498.9
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109750241B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 徐方濤;閆旭波;李夏明;李海慶;張緒虎
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種小尺寸錸銥發動機燃燒室的復合成形制備方法，主要應用于小尺寸的高性能錸銥發動機燃燒室，小尺寸是指燃燒室的喉部直徑不大于5mm。本發明所覆蓋的“由內向外”制備工藝符合小尺寸錸銥發動機燃燒室的尺寸特點，電弧離子鍍工藝制備銥涂層純度高，厚度均勻性好，制備效率高；化學氣相沉積工藝制備的錸層致密性好，力學性能優異，無效沉積量少，減少后續的機械加工量。本發明適應性強，可重復性高，制備的小尺寸錸銥燃燒室性能穩定，質量可靠。

技術領域

本發明涉及一種小尺寸錸銥發動機燃燒室的復合成形制備方法，主要應用于小尺寸的高性能錸銥發動機燃燒室，小尺寸是指燃燒室的喉部直徑不大于5mm。

背景技術

航天發動機姿控系統目前主要采用肼類單組元推進劑。肼類推進劑具有很大的吸入致癌毒性，且易燃易爆。在產品生產、試驗及使用過程中，不僅會對人員的生命和健康造成嚴重的危害，而且會對環境造成污染，同時還增加了生產、發射和使用維護的成本。近年來，隨著社會不斷進步和航天技術不斷發展，環境保護和人員健康維護的要求更為嚴格，發展新型無毒推進系統以代替高毒性的肼單元推進系統已經成為一種趨勢。研制無毒推進單元發動機過程中發現，新型推進劑比沖超過肼20％，且在獲得高性能的同時，其燃燒溫度較原來的肼有了大幅度的提高，最高可達1800℃，這就導致了肼單元推進系統采用的鎳基高溫合金燃燒室無法繼續使用，必須研制新的燃燒室材料來滿足新型無毒推進劑發動機的需求。而錸基材表面涂覆高溫抗氧化銥層是目前可選材料中唯一的理想材料。

采用粉末冶金成形錸層+電弧沉積制備銥層的工藝，研制的短噴管已通過地面25000s試車。但局限于粉末冶金及電弧沉積的工藝特點，該方案無法復制應用于小尺寸錸銥燃燒室。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種小尺寸錸銥發動機燃燒室的復合成形制備方法，小尺寸是指燃燒室的喉部直徑不大于5mm。

本發明的技術解決方案是：

一種小尺寸錸銥發動機燃燒室的復合成形制備方法，該方法的步驟包括：

(1)制備錸銥發動機燃燒室的芯模，根據發動機燃燒室的內型面，采用機械加工工藝加工芯模芯模的材料為鉬或石墨，芯模的外型面與燃燒室的內型面一致，機加工后的芯模表面粗糙度不大于0.3；

(2)將步驟(1)制備的芯模進行預處理；

當芯模的材料為鉬時，預處理采用真空熱處理工藝，預處理溫度為950-1050℃，預處理時間為0.5-1h，預處理的目的是為了降低芯模的加工應力；

當芯模的材料為石墨時，預處理是指在芯模外表面采用化學氣相沉積工藝沉積一層錸層，錸層厚度為80-100微米；

(3)在步驟(2)預處理后的芯模外表面采用電弧沉積工藝沉積高溫抗氧化銥涂層；

沉積銥涂層的詳細方法為：

1)根據圖紙采用鍛造或鑄造工藝加工銥(99.9at.％)陰極靶材，并對陰極靶材除油后安裝在電弧沉積設備上，作為陰極；

2)將預處理后的芯模除油酸洗，烘干后放在電弧沉積設備中真空室支架上，芯模作為陽極；

3)對電弧沉積設備中真空室抽真空，真空表壓≤1.33×10^-2Pa以下開始沉積；弧電流為50～70A，線圈電流1～10A；沉積時間以實際需要為準，保證銥涂層的厚度在80μm以上；

4)銥涂層沉積完成后，芯模隨真空室冷卻至50℃以下后，打開真空室取出芯模。

(4)在步驟(3)得到的芯模的銥涂層上化學氣相沉積毫米厚錸層；