【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天发动机材料工程领域，具体涉及一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法。
技术介绍
1、在液体火箭发动机的设计和制造中，喷管作为关键组件之一，其性能直接影响到发动机的效率和可靠性。石墨因其优异的耐高温性能和相对较低的密度，常被用作喷管材料。然而，石墨在极端高温和腐蚀性的火箭发动机排气环境中存在一定的局限性。尤其是在长时间暴露于高温、高速流体和腐蚀性化学物质中时，石墨会逐渐退化，影响喷管的结构完整性和使用寿命。
2、为了提高石墨喷管的耐热和耐腐蚀性能，科研人员尝试在石墨表面涂覆铱等贵金属。铱作为一种非常稀有的贵金属，具有极高的熔点(约为2446℃)和优异的化学稳定性，使其成为提高石墨喷管性能的理想选择。应用铱涂层不仅可以显著提升石墨的耐高温和抗氧化性能，还能有效地防止化学腐蚀，从而延长喷管的使用寿命。然而，在实际应用中，铱涂层与石墨基材之间由于热膨胀系数的显著差异和化学相容性的不足，面临着结合力不强的挑战。这种结合力的不足会导致在高温循环和高应力条件下，铱涂层容易从石墨基材上剥离。铱涂层的剥离不仅降低了喷管的可靠性，还可能在极端工况下导致火箭发动机性能的下降或故障。
3、面对铱涂层与石墨基材间结合力不足的问题，目前最常见的技术解决方案是在铱涂层和石墨基材之间涂覆一个中间夹层，旨在减轻由热膨胀系数差异引起的热应力，增强界面的内聚力，以及提高铱涂层在石墨表面的润湿性。然而，这种方法在实际应用中遭遇了多项挑战。首先，选择适当的夹层材料是一个难题，因为理想的材料必须在化学和物理属性上与铱和石墨兼容
4、离子注入技术，作为一种先进的表面处理手段，在改善材料的表面性质和增强不同材料之间的相容性方面提供了显著的优势，该技术通过在目标材料表面精确注入特定离子，能够有效地调整其表面的化学和物理特性，从而在原子级别上实现更强的化学和物理结合，特别地，在提高石墨喷管表面铱涂层的结合力方面，这项技术展现出巨大潜力：通过向石墨表面精确注入铱离子，不仅优化了石墨的表面属性以提高其与铱涂层的兼容性，而且还通过调整石墨的微观结构，增强涂层的附着力。因此，本专利技术在解决热膨胀系数不匹配和化学相容性差异的问题上表现卓越，有效降低了高温循环和高应力条件下铱涂层剥离的风险，极大地提升了液体火箭发动机喷管在极端环境下的性能和可靠性，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法。
2、一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，包括如下步骤：
3、s1.在真空环境中对所述石墨基材进行清洗，除去其表面的杂质和氧化物；
4、s2.将铱离子注入所述石墨基材的表面或内部，形成与石墨基材紧密结合的铱离子注入层；
5、s3.对铱离子注入的石墨基材进行特定的表面活化处理，以增强铱涂层与石墨基材的结合强度；
6、s4.在完成表面活化处理后，在铱离子注入的石墨基材表面制备铱涂层；即可得到本专利技术所述的高强结合力的铱涂层。
7、在上述火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法中，在步骤s1中，所述清洗为离子源清洗、射频清洗、自偏压清洗中的一种；处理温度为25～500℃，预处理时间2～60min。
8、在上述火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法中，在步骤s2中，铱离子注入的环境为真空，真空度为1×10-4～5×10-5pa，注入能量为100kev～1000kev，离子注入剂量为5×1016ions/cm2～2.75×1020ions/cm2。
9、在上述火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法中，在步骤s3中，表面活化处理包括以下步骤：首先将离子注入的石墨基材置于酒精中，采用20～100khz的超声波进行清洗10～60min，然后采用硝酸和硫酸按照体积比7:3～6:4的混合酸对石墨表面进行酸洗1～90s，其中硝酸和硫酸体积浓度为20～40％，随后再用乙醇冲洗干净，冷吹风吹干。
10、在上述火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法中，在步骤s4中，铱涂层的制备方法采用化学气相沉积、物理气相沉积、电沉积沉积方法中的一种或多种。
11、在上述火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法中，所述铱离子注入层的厚度为1～200nm，铱涂层的厚度为1～50μm。
12、与现有的技术相比，本专利技术优点在于：
13、1.本专利技术通过离子注入技术显著提高了铱涂层与石墨基材之间的结合强度。离子注入不仅改善了表面的微观结构，还促进了更强的化学键合，从而在高温循环和高应力环境下有效防止铱涂层剥离。
14、2.通过改善铱涂层的结合力，本专利技术提高了石墨喷管的耐热性和耐腐蚀性，使其更适合在极端的火箭发动机排气环境中使用，延长了喷管的使用寿命。
15、3.本专利技术提供的方法具有较高的适应性，可根据不同的应用需求选择最适合的铱涂层制备方法(如化学气相沉积、物理气相沉积或电沉积)，使其更加灵活和实用。
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1.一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，将铱离子注入层(2)覆盖在石墨基材(1)表面上，将铱涂层(3)覆盖在铱离子注入层(2)的表面，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述清洗过程采用离子源清洗、射频清洗、自偏压清洗中的一种或多种，并且设置清理过程的处理温度为25～500℃，预处理时间2～60min。
3.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，铱离子注入的环境为真空，真空度为1×10-4～5×10-5Pa，注入能量为100keV～1000keV，离子注入剂量为5×1016ions/cm2～2.75×1020ions/cm2。
4.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，表面活化处理包括以下步骤：
5.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述铱涂层(3)的制备采用化学气相沉积、物
6.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，所述铱离子注入层(2)的厚度为1～200nm，所述铱涂层(3)的厚度为1～50μm。
...【技术特征摘要】
1.一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，将铱离子注入层(2)覆盖在石墨基材(1)表面上，将铱涂层(3)覆盖在铱离子注入层(2)的表面，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述清洗过程采用离子源清洗、射频清洗、自偏压清洗中的一种或多种，并且设置清理过程的处理温度为25～500℃，预处理时间2～60min。
3.根据权利要求书1所述一种火箭发动机石墨喷管内壁铱涂层的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，铱离子注入的环境为真空，真空度为1×10-4～5×10-5pa，注入能量为100k...
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