一種錸銥燃燒室的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種錸銥燃燒室的制備方法，采用粉末冶金近凈成形技術(shù)制備錸燃燒室，采用電弧沉積技術(shù)在錸燃燒室內(nèi)外表面制備銥涂層，采用旋壓技術(shù)制備鉑銠環(huán)并裝配于燃燒室內(nèi)壁面，采用等離子噴涂技術(shù)在燃燒室外表面制備金屬氧化物高輻射涂層，本發(fā)明通過對制備過程不同階段工藝方法及工藝條件的優(yōu)化設(shè)計，使得制備得到的錸銥燃燒室應(yīng)用于發(fā)動機，可以顯著提高發(fā)動機使用工作溫度，實現(xiàn)發(fā)動機提高比沖的目的，為飛行器延長飛行壽命、增大有效載荷或增大射程提供技術(shù)支撐。
【專利說明】
一種錸銥燃燒室的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種錸銥燃燒室的制備方法，特別是涉及一種應(yīng)用于發(fā)動機的錸銥燃燒室的制備方法，屬于火箭發(fā)動機生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]小推力雙組元液體火箭發(fā)動機主要應(yīng)用于空間飛行器及戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器的姿態(tài)及軌道控制，推力室內(nèi)燃料燃燒溫度可達2700°C，采用內(nèi)壁面液膜主動冷卻技術(shù)后但壁面溫度仍然高于l〇〇〇°C，因此為保證發(fā)動機推力室的高溫強度要求，必須采用高溫難熔金屬 (他、1&^〇、此及鉑等)材料作為身部材料，但是這類材料高溫抗氧化性能很差，如鈮合金在600°C以上就會發(fā)生“pest”災(zāi)難性氧化，不能直接面對燃燒環(huán)境，必須在材料表面涂覆高溫抗氧化涂層進行防護。
[0003]難熔金屬表面涂覆高溫抗氧化涂層技術(shù)自20世紀50年代開始發(fā)展，至今形成了多類材料體系，但取得廣泛應(yīng)用的主要為鈮合金涂覆硅化物涂層材料體系。第一代材料體系為鈮鉿合金(C103)表面涂覆“S1-Cr-Ti”涂層，制備的發(fā)動機推力室工作溫度達到1350°C， 工作壽命高于25000s;第二代為鈮鎢合金(Nb521)表面涂覆改性“S1-Cr-Ti”涂層或“MoSi2” 涂層，制備的推力室工作溫度達到1450°C和1600°C，工作壽命高于25000s。
[0004]隨著飛行器的進一步發(fā)展，對發(fā)動機性能提出了更高的要求，工作溫度達到1800 °C以上，上述鈮合金及涂層材料體系無法滿足需求，因此各國均開展新一代材料體系的研制。經(jīng)過一段時間的研制工作，錸基材涂覆銥涂層被選為理性的材料體系，錸具備優(yōu)異的高溫力學性能，銥具備優(yōu)異的高溫抗氧化性能，以此材料制備發(fā)動機可以提高發(fā)動機比沖，可大幅延長衛(wèi)星壽命或提高有效載荷或增大武器射程，具有極其顯著的經(jīng)濟價值和軍事意義。因此如何制備在高溫環(huán)境具有長壽命且具有高性能的錸銥燃燒室成為亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種錸銥燃燒室的制備方法， 采用該方法制備的錸銥燃燒室，通過試驗考核，在工作溫度1900-2200°C范圍內(nèi)，達到工作壽命25000s以上，滿足高性能發(fā)動機燃燒室段研制階段性指標要求，為提高發(fā)動機比沖、延長飛行器飛行壽命、增大有效載荷或增大射程提供技術(shù)支撐。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0007]—種錸銥燃燒室的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟(1)、采用粉末冶金成形工藝制備錸燃燒室基體；
[0009]步驟(2)、采用電弧沉積的方法依次在錸燃燒室基體的內(nèi)表面、出口段和外表面制備依涂層；
[0010]步驟(3)、采用旋壓工藝制備鉑銠環(huán)，旋壓工藝所用模具包括第一模具與第二模具，其中第一模具包括第一裝卡端和第一模具端，所述第一裝卡端和第一模具端均為圓柱形結(jié)構(gòu)，且軸線重合;第二模具包括第二裝卡端和第二模具端，所述第二裝卡端為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二模具端為圓柱形的臺階結(jié)構(gòu)，包括直徑不同的兩部分圓柱體，其中一部分圓柱體的直徑與第一模具端的直徑相同，所述第二裝卡端和第二模具端的軸線重合；
[0011]具體旋壓工藝為:首先將鉑銠圓片坯料裝卡于第一模具的第一模具端，啟動旋壓， 使鉑銠圓片坯料變形為內(nèi)徑與第一模具端直徑相同的桶形件，然后更換第二模具，將所述桶形件裝卡于第二模具的第二模具端，進行第二次旋壓，得到具有臺階結(jié)構(gòu)的鉑銠環(huán)；
[0012]步驟⑷、將步驟⑶制備得到的鉑銠環(huán)裝配于步驟(2)得到的錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁，使鉑銠環(huán)臺階與錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁臺階相配合；
[0013]步驟(5)、在錸銥燃燒室外表面噴涂高輻射涂層。
[0014]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(1)中制備錸燃燒室基體采用的成型模具包括芯模和包套，所述芯模和包套的形狀與待制備的錸燃燒室基體的形狀相匹配，芯模置于包套內(nèi)部，在芯模與包套之間形成裝粉區(qū)，此外在成型模具兩端的芯模上形成臺階結(jié)構(gòu)， 所述芯模的材料為鈮鎢合金。
[0015]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，采用成型模具制備錸燃燒室基體后，采用機加工方法去除包套和芯模，保留芯模中的部分臺階，使得錸燃燒室基體與芯模中的部分臺階一體成型，實現(xiàn)錸燃燒室兩端的錸鈮一體成型。
[0016]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(1)中粉末冶金成形工藝包括前期成形工藝和后續(xù)熱處理工藝，其中前期成形工藝的工藝條件為:溫度1300°C?1380°C，壓力彡 120MPa，保溫時間3?5h;后續(xù)熱處理工藝的工藝條件為:真空環(huán)境彡lXl(T3Pa，溫度1550-1650°(:，保溫時間1-311。
[0017]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(2)中在錸燃燒室基體的內(nèi)表面制備銥涂層采用的銥靶材為圓臺形狀，制備銥涂層的厚度為150-200WH;在錸燃燒室基體的出口段和外表面制備銥涂層采用的銥靶材均為圓柱形狀，制備銥涂層的厚度為50-lOOwii。
[0018]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，圓臺形狀銥靶材的小端直徑與大端直徑的比值 1:3?3:5;所述圓柱形狀銥靶材的直徑與高度的比值為2:3?5:6。
[0019]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(2)中首先將圓臺形狀的銥靶材置于錸燃燒室基體內(nèi)部，進行錸燃燒室基體內(nèi)表面涂層的制備;然后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室基體水平放置，出口段與圓柱形銥靶材同軸，距離5-10mm進行錸燃燒室基體出口段銥涂層的制備;最后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室基體豎直放置，與銥靶材距離5-10mm，完成錸燃燒室基體外表面銥涂層的制備。
[0020]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(2)中電弧沉積工藝條件為:真空表壓< 1 X 10-2Pa，弧電流為50?70A，線圈電流為1?10A;沉積時間為1 -3h。
[0021]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(3)中鉑銠圓片坯料中鉑的質(zhì)量百分比含量為85%?92%，銠的質(zhì)量百分比含量為8%?15% ;所述第一模具與第二模具的材料為 45# 鋼。
[0022]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(3)中旋壓工藝使用旋輪的材料為軸承鋼， 旋壓工藝在車床上進行，工件轉(zhuǎn)速為600?1000r/min，單次進給量為0.2-0.4mm。
[0023]在上述錸銥燃燒室的制備方法中，步驟(5)中在錸銥燃燒室外表面采用等離子噴涂的方法制備高輻射涂層，所述高輻射涂層選用氧化鉿與氧化鐠混合粉進行等離子噴涂，其中氧化鉿質(zhì)量百分比含量為75?85%，氧化鐠質(zhì)量百分比含量為15?25%，粉體粒度為 20_100iim〇
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0025] (1)、本發(fā)明采用粉末冶金近凈成形技術(shù)制備錸燃燒室，采用電弧沉積技術(shù)在錸燃燒室內(nèi)外表面制備銥涂層，采用旋壓技術(shù)制備鉑銠環(huán)并裝配于燃燒室內(nèi)壁面，采用等離子噴涂技術(shù)在燃燒室外表面制備金屬氧化物高輻射涂層，本發(fā)明通過對制備過程不同階段工藝方法及工藝條件的優(yōu)化設(shè)計，使得制備得到的錸銥燃燒室應(yīng)用于發(fā)動機，可以顯著提高發(fā)動機許用工作溫度，實現(xiàn)發(fā)動機提高比沖的目的，為飛行器延長飛行壽命、增大有效載荷或增大射程提供技術(shù)支撐。
[0026] (2)、采用本發(fā)明技術(shù)方案完成的錸銥燃燒室，通過了試驗考核，試驗過程中外壁面遠紅外測溫為1900-2200°C，試驗累計時間25100s，滿足高性能發(fā)動機燃燒室段研制階段性指標要求。[〇〇27] (3)、本發(fā)明制備的錸銥燃燒室，能夠在壁溫2000°C下工作，可應(yīng)用于高性能發(fā)動機，確保發(fā)動機工作壽命。
[0028] (4)、本發(fā)明采用粉末冶金成形工藝制備錸燃燒室基體，采用的成型模具兩端的芯模上設(shè)計了臺階結(jié)構(gòu)，芯模的材料為鈮鎢合金，通過臺階形成的斜面鎖合結(jié)構(gòu)增強與了鈮鎢合金與裝粉區(qū)內(nèi)錸的連接，粉末冶金工藝實現(xiàn)了燃燒室入口端錸鈮一體成型，并通過后續(xù)熱處理增強了錸鈮擴散，提高了界面結(jié)合強度。
[0029] (5)、本發(fā)明采用旋壓工藝制備鉑銠環(huán)時，采用了包括第一模具與第二模具在內(nèi)的成形模具，通過對兩個模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及旋壓工藝參數(shù)的選擇，實現(xiàn)了鉑銠環(huán)的精準制備。
[0030] (6)、采用粉末冶金工藝制備錸鈮一體成型的燃燒室構(gòu)件，鎖合結(jié)構(gòu)提高了錸鈮連接區(qū)結(jié)合強度與密封效果，同時簡化了制備過程，提高了稀貴錸材料利用率，粉固熱等靜壓一體化成形工藝簡單易控，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
[0031] (7)、采用電弧沉積的方法依次在錸燃燒室基體的內(nèi)表面、出口段和外表面制備銥涂層，沉積效率高、速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)在燃燒室內(nèi)、外表面涂層的沉積，并且使獲得的銥涂層均勻致密、無孔洞、無裂紋等缺陷，錸與銥涂層為冶金結(jié)合、結(jié)合性能好?！靖綀D說明】
[0032]圖1為本發(fā)明錸銥燃燒室的制備方法流程圖；
[0033]圖2為本發(fā)明粉末冶金工藝制備的錸燃燒室示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明粉末冶金工藝制備錸燃燒室采用的成形模具剖面圖；
[0035]圖4為本發(fā)明電弧沉積制備銥涂層后的燃燒室示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明制備鉑銠環(huán)所用模具示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明裝配鉑銠環(huán)后的燃燒室示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明等離子噴涂高輻射涂層后的燃燒室示意圖。【具體實施方式】[〇〇39]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0040]如圖1所示為本發(fā)明錸銥燃燒室的制備方法流程圖，本發(fā)明錸銥燃燒室的制備方法，具體包括如下步驟:[0041 ]步驟(1 )、采用粉末冶金成形工藝制備錸燃燒室基體5，并且為實現(xiàn)后續(xù)的焊接工藝，錸燃燒室的兩端入口端需成形鈮合金環(huán)以實現(xiàn)錸鈮一體成型，并通過后續(xù)熱處理增強錸鈮擴散，提高界面結(jié)合強度。所述的粉末冶金工藝使用的包套4的材料為低碳鋼。所述的粉末冶金工藝使用的芯模3的材料為鈮鎢合金，并設(shè)計斜面鎖合結(jié)構(gòu)增強與錸的連接。
[0042]如圖3所示為本發(fā)明粉末冶金工藝制備錸燃燒室采用的成形模具剖面圖，由圖可知成型模具包括芯模3和包套4,芯模3和包套4的形狀與待制備的錸燃燒室基體5的形狀相匹配，芯模3置于包套4內(nèi)部，在芯模3與包套4之間形成裝粉區(qū)10,此外在成型模具兩端的芯模3上形成臺階結(jié)構(gòu)。采用成型模具制備錸燃燒室基體5后，采用機加工方法去除包套4和芯模3,并加工至設(shè)計尺寸，保留芯模3中的部分臺階，制備得到的錸燃燒室基體5與芯模3中的部分臺階一體成型，實現(xiàn)錸燃燒室兩端的錸鈮一體成型。[〇〇43]粉末冶金成形工藝包括前期成形工藝和后續(xù)熱處理工藝，其中前期成形工藝的工藝條件為:溫度1300°C?1380°C，壓力彡120MPa，保溫時間3?5h;后續(xù)熱處理工藝的工藝條件為:真空環(huán)境<1X10_3Pa，溫度1550-1650°C，保溫時間1 _3h。如圖2所示為本發(fā)明粉末冶金工藝制備的錸燃燒室示意圖，其中圖2a為立體圖，圖2b為剖面圖。[〇〇44]步驟(2)、完成錸燃燒室基體制備后，使用5-20% (質(zhì)量濃度)的硫酸、10-30% (質(zhì)量濃度)鹽酸的混合酸進行清洗，然后用蒸餾水清洗，晾干。
[0045]步驟(3)、采用電弧沉積的方法依次在錸燃燒室基體5的內(nèi)表面、出口段和外表面制備銥涂層6。其中電弧沉積工藝條件為:真空表壓SIX l(T2Pa，弧電流為50?70A，線圈電流為1?10A;沉積時間為1 _3h。
[0046]銥涂層6的制備采用專用銥靶材，在錸燃燒室基體5的內(nèi)表面制備銥涂層采用的銥革巴材為圓臺形狀，小端直徑與大端直徑的比值為1:3?3:5，例如大端直徑為〇 30mm，小端直徑為〇 10mm，沉積涂層厚度為150-200M1。在錸燃燒室基體的出口段15和外表面制備銥涂層采用的銥靶材均為圓柱形狀，圓柱形狀銥靶材的的直徑與高度的比值為2:3?5:6,例如直徑為0 30mm，高度為45mm，制備銥涂層的厚度為50-100iim。
[0047]首先將圓臺形狀的銥靶材置于錸燃燒室基體5內(nèi)部，進行錸燃燒室基體5內(nèi)表面涂層的制備，即錸燃燒室喉部16至燃燒室上端面(入口端端面)一段內(nèi)表面銥涂層的制備;然后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室基體5水平放置，出口段與圓柱形銥靶材同軸，距離5-10mm進行錸燃燒室基體5出口段15銥涂層的制備，其中出口段15為錸燃燒室喉部16至燃燒室下端面(出口端端面)的一段，進行該段內(nèi)表面銥涂層的制備;最后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室基體5豎直放置，與銥靶材距離5-10mm，完成錸燃燒室基體5外表面銥涂層的制備。 如圖4所示為本發(fā)明電弧沉積制備銥涂層后的燃燒室示意圖。[〇〇48]步驟(4)、采用旋壓工藝制備鉑銠環(huán)7,鉑銠合金特征為鉑質(zhì)量含量為85%?92%， 銠含量為8%?15%。旋壓所用坯料為鉑銠圓片，并進行退火處理。旋壓所用模具其特征為兩套模具，以實現(xiàn)帶臺階產(chǎn)品制備。
[0049]如圖5所示為本發(fā)明制備鉑銠環(huán)所用模具示意圖，其中圖5a為第一模具示意圖，圖 5b為第二模具示意圖，其中第一模具包括第一裝卡端1-1和第一模具端1-2,所述第一裝卡端1-1和第一模具端1-2均為圓柱形結(jié)構(gòu)，且軸線重合;第二模具包括第二裝卡端2-1和第二模具端2-2,所述第二裝卡端2-1為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二模具端2-2為圓柱形的臺階結(jié)構(gòu)，包括直徑不同的兩部分圓柱體，其中一部分圓柱體的直徑與第一模具端1-2的直徑相同，所述第二裝卡端2-1和第二模具端2-2的軸線重合。第一模具與第二模具的材料為45#鋼。
[0050]旋壓工藝特征為旋壓工序在車床上實現(xiàn)，工件轉(zhuǎn)速為600-1000r/min，單次進給量為0.2-0.4mm。旋壓工藝使用旋輪特征為材料為軸承鋼，具體為:首先將鉑銠圓片坯料裝卡于第一模具的第一模具端1-2,啟動旋壓，使鉑銠圓片坯料變形為內(nèi)徑與第一模具端1-2直徑相同的桶形件，然后更換第二模具，將所述桶形件裝卡于第二模具的第二模具端2-2,進行第二次旋壓，得到具有臺階結(jié)構(gòu)的鉑銠環(huán)7,具有臺階結(jié)構(gòu)的鉑銠環(huán)7的直徑分別與第二模具端2-2兩部分圓柱體的直徑相同。旋壓完成后從底邊量取設(shè)定總長，剩余部分切除，將底面鉬銘片加工去除，完成鉬銘環(huán)7制備。
[0051]步驟(5)、將步驟(4)制備得到的鉑銠環(huán)7裝配于步驟(3)得到的錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁，使鉑銠環(huán)7臺階與錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁臺階貼合(相配合)，如圖6所示為本發(fā)明裝配鉑銠環(huán)后的燃燒室示意圖。[〇〇52]步驟(6)、在錸銥燃燒室外表面噴涂高輻射涂層8。高輻射涂層選用氧化鉿Hf02與氧化鐠Pr60n混合粉進行等離子噴涂，其中氧化鉿質(zhì)量百分比含量為75?85%，氧化鐠質(zhì)量百分比含量為15?25%，粉體粒度為20-lOOwii。等離子噴涂工藝為:等離子噴槍的電壓50-70V，電流650-750A;氬氣流量80-100L/min，氫氣流量 10-12L/min;送粉速率為30-50g/min。 如圖7所示為本發(fā)明等離子噴涂高輻射涂層后的燃燒室示意圖。具體的噴涂方法也可以參見專利號201410738203.0的中國專利。
[0053]實施例1
[0054](1)、采用粉末冶金工藝凈成形錸燃燒室基體，采用圖2所示模具，成形工藝條件為:溫度1300°C，壓力150MPa，保溫時間5h。后續(xù)熱處理工藝其特征為真空環(huán)境彡lXl(T3Pa， 溫度1550°C，保溫時間3h。
[0055]采用機加工方法將燃燒室尺寸加工到位，燃燒室總長度為130mm，外徑最大尺寸〇 70mm，內(nèi)徑直線段尺寸〇 45mm，喉部直徑〇 20mm。
[0056](2)、使用15% (質(zhì)量濃度)的硫酸、20% (質(zhì)量濃度)鹽酸的混合酸進行清洗，然后用蒸餾水清洗，晾干；[〇〇57](3)、采用電弧沉積工藝，在錸燃燒室基體5的內(nèi)表面制備銥涂層采用的銥靶材為圓臺形狀，大端直徑為〇 30mm，小端直徑為〇 10mm，高度50mm，沉積涂層厚度為200wii。在錸燃燒室基體的出口段15和外表面制備銥涂層采用的銥靶材均為圓柱形狀，圓柱直徑為〇 30mm，高度為45mm，制備銥涂層的厚度為50wii。[〇〇58]電弧沉積工藝其特征為真空表壓彡1 X l(T2Pa，弧電流為50A，線圈電流3A;沉積時間1.5h。[〇〇59] (4)、鉑銠合金特征為鉑質(zhì)量含量為90±1%，銠含量為10±1%。旋壓所用坯料其特征為厚度為1mm、直徑為〇60mm鉑銠圓片，并進行退火處理。如圖5所示，旋壓所用的第一模具的材料為45#鋼，〇 26 X 60mm為裝卡端，〇 46 X 35mm為模具端。第二模具的材料為45# 鋼，〇 26 X 60mm為裝卡端，〇 46 X 15mm及〇 45 X 20mm為模具端。旋壓工藝特征為旋壓工序在車床上實現(xiàn)，工件轉(zhuǎn)速為l〇〇〇r/min，單次進給量為0.2-0.4_。旋壓工藝使用旋輪特征為材料為軸承鋼，直徑〇 20mm，圓角R5mm。鉑銠環(huán)旋壓過程為首先將鉑銠圓片坯料頂裝于第一模具的模具端，啟動旋壓，使圓片變形為內(nèi)徑為〇46mm桶形件，長度大于22mm;然后更換第二模具，將上述桶形件裝卡后進行第二次旋壓，實現(xiàn)具有臺階結(jié)構(gòu)的鉑銠環(huán)，臺階上下端直徑分別為O 45mm和〇 46mm。旋壓完成后從底邊量取24mm總長，剩余部分切除。將底面鉑銠片加工去除，完成鉑銠環(huán)7制備，并將鉑銠環(huán)7裝配于燃燒室入口端內(nèi)壁，使鉑銠環(huán)7臺階與錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁臺階貼合，如圖6所示。
[0060](5)、采用等離子噴涂工藝，選用氧化鉿與氧化鐠混合粉，氧化鉿質(zhì)量含量80%，氧化鐠質(zhì)量含量20%，粉體粒度20-100M1。采用等離子噴涂工藝在燃燒室外表面制備涂層，調(diào)節(jié)等離子噴涂的參數(shù):輸入電壓50V，電流650A;氬氣流量80L/min，氫氣流量10L/min;送粉速率為30g/min，涂層厚度為50mi，如圖7所示。
[0061]本實施例制備的錸銥燃燒室，通過了試驗考核，試驗過程中外壁面遠紅外測溫為 1900-2200°C，試驗累計時間25100s，發(fā)動機比沖達到325s，滿足高性能發(fā)動機燃燒室段研制階段性指標要求。
[0062]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0063]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:步驟(1)、采用粉末冶金成形工藝制備錸燃燒室基體(5);步驟(2)、采用電弧沉積的方法依次在錸燃燒室基體(5)的內(nèi)表面、出口段和外表面制 備依涂層(6);步驟(3)、采用旋壓工藝制備鉑銠環(huán)(7)，旋壓工藝所用模具包括第一模具與第二模具， 其中第一模具包括第一裝卡端(1-1)和第一模具端(1-2)，所述第一裝卡端(1-1)和第一模 具端(1-2)均為圓柱形結(jié)構(gòu)，且軸線重合;第二模具包括第二裝卡端(2-1)和第二模具端(2-2)，所述第二裝卡端(2-1)為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二模具端(2-2)為圓柱形的臺階結(jié)構(gòu)，包括直徑 不同的兩部分圓柱體，其中一部分圓柱體的直徑與第一模具端(1-2)的直徑相同，所述第二 裝卡端(2-1)和第二模具端(2-2)的軸線重合；具體旋壓工藝為:首先將鉑銠圓片坯料裝卡于第一模具的第一模具端(1-2)，啟動旋 壓，使鉑銠圓片坯料變形為內(nèi)徑與第一模具端(1-2)直徑相同的桶形件，然后更換第二模 具，將所述桶形件裝卡于第二模具的第二模具端(2-2)，進行第二次旋壓，得到具有臺階結(jié) 構(gòu)的鉑銠環(huán)(7);步驟(4)、將步驟(3)制備得到的鉑銠環(huán)(7)裝配于步驟(2)得到的錸銥燃燒室入口端內(nèi) 壁，使鉑銠環(huán)(7)臺階與錸銥燃燒室入口端內(nèi)壁臺階相配合；步驟(5 )、在錸銥燃燒室外表面噴涂高輻射涂層(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中制 備錸燃燒室基體采用的成型模具包括芯模(3)和包套(4)，所述芯模(3)和包套(4)的形狀與 待制備的錸燃燒室基體(5)的形狀相匹配，芯模(3)置于包套(4)內(nèi)部，在芯模(3)與包套(4) 之間形成裝粉區(qū)(10)，此外在成型模具兩端的芯模(3)上形成臺階結(jié)構(gòu)，所述芯模(3)的材 料為鈮鎢合金。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:采用成型模具制備 錸燃燒室基體(5)后，采用機加工方法去除包套(4)和芯模(3)，保留芯模(3)中的部分臺階， 使得錸燃燒室基體與芯模(3)中的部分臺階一體成型，實現(xiàn)錸燃燒室兩端的錸鈮一體成型。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3之一所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟 (1)中粉末冶金成形工藝包括前期成形工藝和后續(xù)熱處理工藝，其中前期成形工藝的工藝 條件為:溫度1300°C?1380°C，壓力彡120MPa，保溫時間3?5h;后續(xù)熱處理工藝的工藝條件 為:真空環(huán)境彡1\10—￥&，溫度1550-1650°(:，保溫時間1-311。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中在 錸燃燒室基體(5)的內(nèi)表面制備銥涂層采用的銥靶材為圓臺形狀，制備銥涂層的厚度為 150-200WH;在錸燃燒室基體的出口段和外表面制備銥涂層采用的銥靶材均為圓柱形狀，制 備銥涂層的厚度為50-100M1。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述圓臺形狀銥靶 材的小端直徑與大端直徑的比值1:3?3:5;所述圓柱形狀銥靶材的直徑與高度的比值為2:3?5: 6〇7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中首 先將圓臺形狀的銥靶材置于錸燃燒室基體(5)內(nèi)部，進行錸燃燒室基體(5)內(nèi)表面涂層的制 備;然后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室基體(5)水平放置，出口段與圓柱形銥靶材同軸，距離5-10mm進行錸燃燒室基體(5)出口段銥涂層的制備;最后選用圓柱形銥靶材，將錸燃燒室 基體(5)豎直放置，與銥靶材距離5-10mm，完成錸燃燒室基體(5)外表面銥涂層的制備。8.根據(jù)權(quán)利要求1、5、6或7之一所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述 步驟(2)中電弧沉積工藝條件為:真空表壓< 1 X 1 (T2Pa，弧電流為50?70A，線圈電流為1? 10A;沉積時間為l-3h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中鉑 銘圓片還料中鉬的質(zhì)量百分比含量為85%?92%，銘的質(zhì)量百分比含量為8%?15% ;所述 第一模具與第二模具的材料為45#鋼。10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(3) 中旋壓工藝使用旋輪的材料為軸承鋼，旋壓工藝在車床上進行，工件轉(zhuǎn)速為600?1000r/ min，單次進給量為0.2-0.4mm。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錸銥燃燒室的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中在 錸銥燃燒室外表面采用等離子噴涂的方法制備高輻射涂層(8)，所述高輻射涂層選用氧化 鉿與氧化鐠混合粉進行等離子噴涂，其中氧化鉿質(zhì)量百分比含量為75?85%，氧化鐠質(zhì)量 百分比含量為15?25%，粉體粒度為20-lOOwii。
【文檔編號】B22F3/10GK106001554SQ201610497875
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】徐方濤, 賈文軍, 李海慶, 張緒虎, 石剛
【申請人】航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院