发动机推力室身部内外表面高效制备难熔金属涂层的方法技术

本申请涉及航天发动机推力室身部制造领域，具体公开了一种推力室身部制备涂层的方法，该方法应用于推力室身部制备涂层的装置，装置包括前驱体升华装置和反应腔；体升华装置和反应腔通过第三管路连接；反应腔用于设置工件，反应腔还包括感应加热装置，感应加热装置用于加热工件，工件的内腔与第三管路相对设置；该方法包括：将反应腔加热至第一预设温度；在工件加热至第二预设温度时，加热前驱体升华装置中的前驱体，以使前驱体通过第三管路和工件的内腔进入反应腔。有此实现推力室身部内外表面厚度均匀涂层的一体高效制备，降低制造成本。本发明专利技术涉及的方案对于新型发动机推力室身部的工程化应用具有重要的意义。部的工程化应用具有重要的意义。部的工程化应用具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
发动机推力室身部内外表面高效制备难熔金属涂层的方法


[0001]本申请涉及航天发动机推力室身部制造的
，特别是一种发动机推力室身部内外表面高效制备难熔金属涂层的方法。

技术介绍

[0002]小推力双组元液体火箭发动机主要应用于航天器的姿态调整和轨道控制，发动机推力室身部内燃料燃烧温度高达2700℃，采用内壁面液膜冷却技术后其内壁面温度仍然高于1000℃。为满足发动机推力室的高温强度要求，必须采用难熔金属(W、Mo、Ta、Nb、Re等)或金属铂作为身部材料，但是这些材料的高温抗氧化性能较差，如铌合金在600℃以上就会发生灾难性氧化，不能直接应对燃烧时的高温富氧环境，因此必须在身部材料内外表面涂覆高温抗氧化涂层进行防护。
[0003]难熔金属表面涂覆高温抗氧化涂层技术始于20世纪50年代，至今形成了多类材料体系，已在型号应用的主要包括：铌铪合金涂覆硅化物涂层，铌钨合金涂覆硅化物涂层，铌钨合金涂覆二硅化钼涂层以及铼涂覆铱涂层。其中硅化物涂层的制备工艺为料浆烧结，二硅化钼涂层的制备工艺为物理气相沉积钼层+真空包渗硅化，铱涂层的制备工艺为物理气相沉积。
[0004]物理气相沉积的工艺特点决定了在身部内外表面无法同时沉积涂层。而且即使只在身部内表面沉积涂层，获得厚度均匀的涂层也只能分段多次沉积，涂层制备的工艺复杂程度大幅提高，由此带来产品生产周期长，效率低下，制造成本高。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种发动机推力室身部内外表面高效制备难熔金属涂层的方法，目的是实现推力室身部内外表面厚度均匀涂层的一体高效制备，降低制造成本。本专利技术涉及的方案对于新型发动机推力室身部的工程化应用具有重要的意义。
[0006]第一方面，提供了一种推力室身部制备涂层的方法，所述方法应用于推力室身部制备涂层的装置，所述装置包括前驱体升华装置和反应腔；所述前驱体升华装置和所述反应腔通过第三管路连接；所述反应腔用于设置工件，所述反应腔还包括感应加热装置，所述感应加热装置用于加热所述工件，所述工件的内腔与所述第三管路相对设置；所述方法包括：
[0007]将所述反应腔加热至第一预设温度；
[0008]在所述工件加热至第二预设温度时，加热所述前驱体升华装置中的前驱体，以使所述前驱体通过所述第三管路和所述工件的内腔进入所述反应腔。
[0009]与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
[0010]本专利技术解决了发动机推力室身部内外表面一体制备难熔金属涂层的难题，并且沉积的涂层厚度一致性好，极大得提高了沉积效率，实现推力室身部内外表面厚度均匀涂层的一体高效制备，降低生产成本，为新型轨/姿控发动机的工程化应用提供了技术支撑，对
于新型发动机推力室身部的工程化应用具有重要的意义。
[0011]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述涂层和所述前驱体满足以下任一项：
[0012]所述涂层为铼涂层，所述前驱体为五氯化铼；
[0013]所述涂层为铱涂层，所述前驱体为乙酰丙酮铱或三氯化铱；
[0014]所述涂层为钼涂层，所述前驱体为四氯化钼。
[0015]铼涂层可以用于提高涂层硬度。铱涂层可以用于保护铼涂层，实现高温抗氧化性能。钼涂层可以用于实现高温抗氧化性能。
[0016]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一预设温度与所述前驱体满足以下任一项：
[0017]所述前驱体为五氯化铼，所述第一预设温度为250
‑
300℃；
[0018]所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述第一预设温度为150
‑
200℃；
[0019]所述前驱体为三氯化铱，所述第一预设温度为300
‑
380℃；
[0020]所述前驱体为四氯化钼，所述第一预设温度为280
‑
350℃。
[0021]反应腔的温度相对合适，有利于为制备难熔金属涂层提供合适的反应环境。
[0022]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二预设温度与所述前驱体满足以下任一项：
[0023]所述前驱体为五氯化铼，所述第二预设温度为1250
‑
1400℃；
[0024]所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述第二预设温度为750
‑
1000℃；
[0025]所述前驱体为三氯化铱，所述第二预设温度为1100
‑
1250℃；
[0026]所述前驱体为四氯化钼，所述第二预设温度为1200
‑
1300℃。
[0027]工件加热温度相对合适，有利于为制备难熔金属涂层提供合适的反应环境。
[0028]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述前驱体的加热温度与所述前驱体满足以下任一项：
[0029]所述前驱体为五氯化铼，所述前驱体的加热温度为180
‑
260℃；
[0030]所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述前驱体的加热温度为110
‑
150℃；
[0031]所述前驱体为三氯化铱，所述前驱体的加热温度为220
‑
300℃；
[0032]所述前驱体为四氯化钼，所述前驱体的加热温度为240
‑
280℃。
[0033]前驱体的加热温度相对合适，使前驱体升华为气态，有利于为制备难熔金属涂层提供合适的反应环境。
[0034]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第三管路外周设置有加热带，所述加热带用于将所述第三管路加热至第三预设温度，所述第三预设温度与所述前驱体满足以下任一项：
[0035]所述前驱体为五氯化铼，所述第三预设温度为250
‑
300℃；
[0036]所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述第三预设温度为150
‑
200℃；
[0037]所述前驱体为三氯化铱，所述第三预设温度为300
‑
380℃；
[0038]所述前驱体为四氯化钼，所述第三预设温度为280
‑
350℃。
[0039]管路温度相对合适，有利于防止已升华的前驱体冷凝为固态堵塞管道，温度设定视前驱体而定。
[0040]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括：
[0041]载气气瓶，用于向所述反应腔供应载气；
[0042]干泵，所述干泵用于抽取所述反应腔的气体，以调整所述反应腔的真空度；
[0043]所述方法包括：
[0044]通过所述干泵抽取所述反应腔的气体，以使所述反应腔的真空度小于10Pa；
[0045]控制载气气瓶对应的阀门以向所述反应腔通入载气，并使所述反应腔的真空度达到预设真空度。
[0046]通入载气前，真空度相对较小，有利于减少涂层杂质含量。
[0047]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述预设真空度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种推力室身部制备涂层的方法，其特征在于，所述方法应用于推力室身部制备涂层的装置，所述装置包括前驱体升华装置和反应腔；所述前驱体升华装置和所述反应腔通过第三管路连接；所述反应腔用于设置工件，所述反应腔还包括感应加热装置，所述感应加热装置用于加热所述工件，所述工件的内腔与所述第三管路相对设置；所述方法包括：将所述反应腔加热至第一预设温度；在所述工件加热至第二预设温度时，加热所述前驱体升华装置中的前驱体，以使所述前驱体通过所述第三管路和所述工件的内腔进入所述反应腔。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层和所述前驱体满足以下任一项：所述涂层为铼涂层，所述前驱体为五氯化铼；所述涂层为铱涂层，所述前驱体为乙酰丙酮铱或三氯化铱；所述涂层为钼涂层，所述前驱体为四氯化钼。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设温度与所述前驱体满足以下任一项：所述前驱体为五氯化铼，所述第一预设温度为250
‑
300℃；所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述第一预设温度为150
‑
200℃；所述前驱体为三氯化铱，所述第一预设温度为300
‑
380℃；所述前驱体为四氯化钼，所述第一预设温度为280
‑
350℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预设温度与所述前驱体满足以下任一项：所述前驱体为五氯化铼，所述第二预设温度为1250
‑
1400℃；所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述第二预设温度为750
‑
1000℃；所述前驱体为三氯化铱，所述第二预设温度为1100
‑
1250℃；所述前驱体为四氯化钼，所述第二预设温度为1200
‑
1300℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体的加热温度与所述前驱体满足以下任一项：所述前驱体为五氯化铼，所述前驱体的加热温度为180
‑
260℃；所述前驱体为乙酰丙酮铱，所述前驱体的加热温度为110
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【专利技术属性】
技术研发人员：闫旭波，李夏明，周榕，吕宏军，阴中炜，张绪虎，石刚，姚草根，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：