一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼-抗氧化涂层喷管技术

本发明专利技术提供了一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼‑抗氧化涂层喷管，属于涂层制备技术领域。本发明专利技术的抗氧化涂层具有高致密性和成分均匀性。熔炼是制备贵金属材料普遍采用的传统方法，优点是制备速度快、工艺成熟、设备简单。通过熔炼预合金化、均匀化热处理、热锻和热等静压加工，材料进一步均匀化和致密化，可以获得相对密度超过99.9％的高致密涂层材料；采用机加工制备涂层，涂层的厚度和加工精度完全按照图纸设计要求进行加工，厚度均匀性可控，尺寸精度可达±10μm。

【技术实现步骤摘要】
一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼-抗氧化涂层喷管
本专利技术涉及涂层制备
，尤其涉及一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼-抗氧化涂层喷管。
技术介绍
低推力航天发动机主要应用于空间飞行器的姿态和轨道控制。发动机的性能主要取决于其工作温度，因此，提高发动机的工作温度对发动机性能的提升意义重大，而工作温度则由发动机推力器(喷管)材料的耐温能力决定，随着航天技术的进一步发展，对发动机性能提出了更高的要求，工作温度需要达到1800℃以上。铼是一种密排六方结构的高熔点稀有金属，具有较高的高温强度、良好塑性、抗热震及化学惰性等优异综合性能而成为三代航天发动机喷管基体结构材料。但铼的抗氧化性能较差，高温氧化环境中使用必须有抗氧化涂层保护。铱是一种具有较高熔点和较强抗氧化性能的贵金属，且铱与铼的热膨胀系数非常接近，适合用作铼喷管基体材料的保护涂层。铼基/铱涂层发动机工作温度达到1800℃以上，最高可达2200℃。铱涂层的制备方法主要是沉积方法，包括化学气相沉积(CVD)、电弧沉积和熔盐电沉积等。CVD广泛应用的是利用铱的前驱体化合物(如乙酰丙酮铱)的热分解反应制备铱涂层，该方法的优点是得到的涂层致密度较高，但存在沉积速率慢及成本高的缺点；电弧沉积铱工艺是一种物理气相沉积(PVD)方法，该方法的优点是沉积速率快，但由于铱涂层沉积在铼喷管内表面，涂层厚度控制、测量及涂层质量检验很难实现，沉积效率和铱靶的利用率不高；铱的熔盐电沉积，优点是沉积速率较快，缺点是沉积质量难以控制，重现性较差。
技术实现思路
<br>有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼-抗氧化涂层喷管。本专利技术提供的制备方法能够得到高致密性和成分均匀的抗氧化涂层。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种铼喷管用抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：将铱熔炼，得到圆柱形锭坯；将所述圆柱形锭坯进行热锻加工，得到棒坯，所述热锻加工的开始加工温度为1600～1800℃，终锻温度为1400～1500℃，总加工变形量不低于60％；将所述棒坯进行表面处理，得到处理后棒坯；将所述处理后棒坯进行热等静压处理，得到棒材，所述热等静压处理的条件：抽真空后充入氩气，温度为1500～1600℃，压力为100～120MPa，时间为2h；将所述棒材进行机加工，得到所述铼喷管用抗氧化涂层。优选地，所述熔炼依次包括第一熔炼和第二熔炼，所述第一熔炼在电弧炉、真空充氩环境中进行，所述第二熔炼在高温陶瓷坩埚中，采用中频真空进行。优选地，所述第二熔炼采用氧化镁坩埚，真空度不低于10-2Pa。优选地，所述铱中还包括铑元素。优选地，所述铱中铑元素的质量百分含量为5～40％。优选地，所述热锻加工前还包括均匀化热处理，所述均匀化热处理的真空度不低于5×10-3Pa，温度为1800～2000℃，时间为2～4h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的铼喷管用抗氧化涂层，所述铼喷管用抗氧化涂层的厚度为250～500μm，精度为±10μm，相对密度≥99.9％。本专利技术还提供了一种铼-抗氧化涂层喷管，由包括以下步骤的方法制备得到：在上述技术方案所述的铼喷管用抗氧化涂层的表面进行真空负压沉积铼基体层。优选地，所述真空负压沉积的温度为1100～1300℃，氯化温度为500～800℃，压力为800～1000Pa。优选地，所述铼基体层的厚度为1～3mm。本专利技术提供了一种铼喷管用抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：将铱熔炼，得到圆柱形锭坯；将所述圆柱形锭坯进行热锻加工，得到棒坯，所述热锻加工的开始加工温度为1600～1800℃，终锻温度为1400～1500℃，总加工变形量不低于60％；将所述棒坯进行表面处理，得到处理后棒坯；将所述处理后棒坯进行热等静压处理，得到棒材，所述热等静压处理的条件：抽真空后充入氩气，温度为1500～1600℃，压力为100～120MPa，时间为2h；将所述棒材进行机加工，得到所述铼喷管用抗氧化涂层。有益效果：(1)抗氧化涂层具有高致密性和成分均匀性。熔炼是制备贵金属材料普遍采用的传统方法，优点是制备速度快、工艺成熟、设备简单。原材料贵金属铱或铑中均含有一定的气体，在熔炼过程中，气体并不能完全排除，少量气体溶解于溶液中，并在冷却过程中在铸锭中形成气孔等缺陷；热锻造加工是先将棒材加热到1600～1800℃的高温，在此温度下，铱或铱铑合金会有一定程度的软化，再利用热锻加工，将气孔中的气体挤出，大部分疏松孔得以封闭，可基本消除铸锭中的的气孔、疏松等缺陷，改善材料的组织结构和力学性能，提高材料的致密度；在高温(1500～1600℃)、高压(100～120MPa)下对棒材实施热等静压处理，可进一步消除材料中的孔洞，材料进一步均匀化和致密化，从而获得相对密度接近其理论密度的高致密材料，可以获得相对密度超过99.9％的高致密涂层材料。(2)涂层厚度均匀可控。采用机加工制备涂层，涂层的厚度和加工精度完全按照图纸设计要求进行加工，厚度均匀性可控，尺寸精度可达±10μm。(3)尺寸适应范围大。对铼喷管涂层喉部尺寸没有特别的限制，对于喉部尺寸小于5mm的涂层机械加工工艺完全可以实现。(4)质量可直接检验。涂层加工完成后，可直接进行质量检验，包括涂层尺寸、表面状况及材料内部组织等，检验合格后再在涂层外表面沉积铼基体层，获得铼/铱或铼/铱铑合金喷管。(5)成本较低。涂层机加工过程中产生的车削料可回收循环再利用，贵金属废料的回收是成熟的技术，回收率可达95％以上，因此本专利技术还具有成本低的优势。(6)基体与涂层结合牢固。在涂层上沉积铼的温度高达1100～1300℃，沉积时间10～20h，沉积结束后，铼基体层与铱或铱铑合金涂层界面形成了10～20μm元素扩散层，结合牢固。进一步地，本专利技术铱中还包括铑元素，在铱(Ir)中添加一定含量的铑(Rh)元素能够大幅提升Ir的抗氧化性能。在1550℃的大气环境下氧化10h后，纯Ir的氧化失重率为0.65％，加入15％的铑后，其失重率为0.51％，较纯Ir下降22％；加入30％的铑后，其失重率为0.31％，较纯Ir下降52％。因此可以得出Ir-15Rh和Ir-30Rh合金的抗氧化性能比纯Ir分别提高22％和52％。附图说明图1为本专利技术制得的铼-抗氧化涂层喷管的结构示意图，其中10为抗氧化涂层，20为铼基体层；图2为实施例1中铼喷管用抗氧化涂层的金相组织图；图3为实施例1中铼喷管用抗氧化涂层的实物图；图4为实施例3中铼喷管用抗氧化涂层的金相组织图；图5为实施例3中铼喷管用抗氧化涂层的实物图。具体实施方式本专利技术提供了一种铼喷管用抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：将铱熔炼，得到圆柱形锭坯；将所述圆柱形锭坯进行热锻加工，得到棒坯，所述热锻加工的开始加工温度为1600～18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铼喷管用抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将铱熔炼，得到圆柱形锭坯；/n将所述圆柱形锭坯进行热锻加工，得到棒坯，所述热锻加工的开始加工温度为1600～1800℃，终锻温度为1400～1500℃，总加工变形量不低于60％；/n将所述棒坯进行表面处理，得到处理后棒坯；/n将所述处理后棒坯进行热等静压处理，得到棒材，所述热等静压处理的条件：抽真空后充入氩气，温度为1500～1600℃，压力为100～120MPa，时间为2h；/n将所述棒材进行机加工，得到所述铼喷管用抗氧化涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种铼喷管用抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铱熔炼，得到圆柱形锭坯；
将所述圆柱形锭坯进行热锻加工，得到棒坯，所述热锻加工的开始加工温度为1600～1800℃，终锻温度为1400～1500℃，总加工变形量不低于60％；
将所述棒坯进行表面处理，得到处理后棒坯；
将所述处理后棒坯进行热等静压处理，得到棒材，所述热等静压处理的条件：抽真空后充入氩气，温度为1500～1600℃，压力为100～120MPa，时间为2h；
将所述棒材进行机加工，得到所述铼喷管用抗氧化涂层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼依次包括第一熔炼和第二熔炼，所述第一熔炼在电弧炉、真空充氩环境中进行，所述第二熔炼在高温陶瓷坩埚中，采用中频真空进行。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二熔炼采用氧化镁坩埚，真空度不低于10-2Pa。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铱中还包括铑元素。

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昌义，魏燕，蔡宏中，刘俊，陈力，周利民，闻明，张诩翔，崔浩，张贵学，柳森，吴霏，汪星强，
申请(专利权)人：贵研铂业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53