一種微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室用料漿及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室用料漿及其制備方法和應(yīng)用，屬于雙組元液體火箭軌/姿控發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，所述的微小型發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為0.1-5N，微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室的喉部直徑為0.3-1.0_，微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室上的噴管的材料為鈮鎢合金。
【背景技術(shù)】
[0002]微小型推進(jìn)系統(tǒng)主要是用于微小型衛(wèi)星等微小型航天飛行器精密調(diào)姿和軌道定位，具有成本低、體積小、功耗低、質(zhì)量輕、推力小(一般為0.1-5N)、集成度高等特點(diǎn)，同時(shí)此類發(fā)動(dòng)機(jī)需具備多次啟動(dòng)能力，脈沖次數(shù)可達(dá)上萬次，在軌工作壽命長，通常需要在軌運(yùn)行數(shù)年到十幾年，累計(jì)工作時(shí)間達(dá)數(shù)十小時(shí)。推力室的微小型噴管是微小型推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，微小型噴管基材通常采用鈮鎢合金，該合金在600°C以上會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化，而微小型液體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度一般在1200°C以上，因此需要在微小型噴管內(nèi)外表面制備高溫抗氧化涂層。
[0003]由于微小型噴管的尺寸較小，尤其喉部直徑在1mm以下，利用現(xiàn)有噴管涂層配方及制備工藝方法制備微小型噴管時(shí)，噴管喉部涂層容易堆積造成堵塞，或者是涂層掛漿困難涂層達(dá)不到要求的厚度，難以實(shí)現(xiàn)微型噴管內(nèi)外表面硅化物涂層制備，致使微小型噴管性能和壽命達(dá)不到使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室用料漿及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室用料漿，該料漿包括硅鉻鈦合金粉、硅粉、鉿粉、硝基外用清漆和乙酸乙酯；各組分的含量比例關(guān)系為:硅鉻鈦合金粉:硅粉:鉿粉:硝基外用清漆:乙酸乙酯=(95-105g):(8-12g):(17-23g): (20-24g): (122_138mL)；
[0007]其中娃絡(luò)鈦合金粉中，娃絡(luò)鈦合金粉的總質(zhì)量為100%，Cr的質(zhì)量百分含量為19% -21%, Ti的質(zhì)量百分含量為4.5%-5.5%，余量為Si，粒度小于300目；硅粉的純度大于等于99.5%，粒度小于300目；鉿粉的純度大于等于99.5%，粒度小于300目。
[0008]—種微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室用料漿的制備方法，步驟為:
[0009](1)將硅鉻鈦合金粉和硅粉進(jìn)行混合，然后用球磨機(jī)進(jìn)行干混4-8小時(shí)，得到混合粉末；所述的球磨機(jī)采用剛玉球磨筒；
[0010](2)將硝基外用清漆和乙酸乙酯混合均勻，得到混合物；
[0011](3)將步驟(2)得到的混合物和鉿粉加入到步驟(1)得到的混合粉末中，然后在球磨機(jī)上濕混1_2小時(shí)，最終獲得料楽。
[0012]將上述得到的料漿應(yīng)用于微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室中，步驟為:
[0013](1)對微小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力室噴管內(nèi)外表面進(jìn)行除油、除銹處理，主要是采用酸洗和丙酮超聲清洗；
[0014](2)將制備得到的料漿倒入到玻璃燒杯中，并進(jìn)行攪拌，防止料漿沉淀；
[0015](3)將步驟(1)中清洗好的推力室噴管浸入到步驟(2)中倒有料漿的玻璃杯中，進(jìn)行浸涂涂層過程，浸涂涂層過程中采用浸涂提拉機(jī)進(jìn)行提拉，浸涂過程中保持喉部位置朝下，直線段口部朝上，垂直均勻的進(jìn)入料漿中，直到推力室噴管到達(dá)料漿玻璃杯底部后開始向上提拉噴管，直至噴管提拉至料漿上面，浸涂提拉速度為2-5cm/s(即噴管向下浸入到料漿中的速度和向上離開料漿的速度均為2-5cm/s)，浸入次數(shù)共3-5次，每次提拉出推力室噴管后利用電吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹干，每次噴管上的厚度增厚為20-30 μ m，總增厚范圍優(yōu)選90-130 μm ;
[0016](4)將步驟(3)得到的推力室噴管放入真空爐中，在1370-1490°C下保溫5-20min，真空度彡5\10_2?&，真空燒結(jié)后生成3丨-0-11-!^涂層；
[0017](5)對真空燒結(jié)后形成的S1-Cr-T1-Hf涂層的推力室噴管進(jìn)行檢測，檢測項(xiàng)目如下:
[0018]檢測涂層厚度為90-130 μπι ;
[0019]檢測噴管的喉部直徑符合設(shè)計(jì)要求；
[0020]檢測涂層的外觀質(zhì)量，無起皮、剝落等現(xiàn)象；
[0021]檢測隨爐試片的高溫抗氧化性能，結(jié)果表明1600°C條件下恒溫抗氧化壽命大于10ho
[0022]所述的推力室噴管包括直線段、收斂段、喉部和出口段；
[0023]所述的推力室噴管的機(jī)械加工制備方法，步驟為:
[0024](1)選擇合格的鈮鎢合金棒材，根據(jù)尺寸要求進(jìn)行下料，并根據(jù)微小型推力室圖紙車加工直線段、收斂段、喉部和出口段的外表面，加工好后進(jìn)行去毛刺；
[0025](2)利用鉆頭在步驟(1)得到的合金棒的中心鉆一通孔，鉆頭直徑與噴管喉部直徑一致，錐度保持18-15°，孔口保持銳邊，根據(jù)尺寸要求切斷，并去毛刺；
[0026](3)粗加工噴管直線段內(nèi)孔，主要是車加工直線段內(nèi)孔的圓柱面，然后精加工噴管直線段圓柱面，收斂段的圓弧面及出口段的圓錐面，保持喉部直徑不變。
[0027]推力室噴管與發(fā)動(dòng)機(jī)頭部配車與焊接的方法，步驟為:
[0028](1)將制備好的推力室噴管與發(fā)動(dòng)機(jī)頭部進(jìn)行配車，主要是將焊接處的多余涂層和金屬車加工掉，在加工過程中，利用鋁包套保護(hù)好推力室噴管，防止表面涂層磕碰；
[0029](2)采用真空電子束焊接，將推力室噴管與發(fā)動(dòng)機(jī)頭部鈦合金進(jìn)行焊接，在焊接過程中保證產(chǎn)品的垂直度< 0.1mm和發(fā)動(dòng)機(jī)推力室身部的圓柱度。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0031](1)本發(fā)明的料漿性能穩(wěn)定，成分均勻，通過調(diào)節(jié)該料漿的濃度，利用該料漿對喉部直徑為1毫米以下微小型噴管涂覆涂層時(shí)，不容易使喉部發(fā)生堵塞，同時(shí)能夠保證涂層涂覆厚度；
[0032](2)使用本發(fā)明的料漿浸涂到喉部直徑在1毫米以下的微小型推力室噴管的內(nèi)外表面后在保證噴管的高溫抗氧化性能的同時(shí)還能夠使得噴管的喉部直徑滿足設(shè)計(jì)要求；
[0033](3)本發(fā)明的料漿浸涂到喉部直徑在1毫米以下的微小型推力室噴管的內(nèi)外表面時(shí)的速度為2-5cm/s，浸入次數(shù)僅3-5次，工作效率高，成本低，且能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求；浸涂時(shí)的速度為2-5cm/s時(shí)，能夠保證每次涂層涂覆厚度的同時(shí)喉部涂層不會(huì)發(fā)生偏厚，能夠保證喉部不發(fā)生堵塞，同時(shí)利用該速度涂覆時(shí)，浸入次數(shù)控制在3-5次，提高了工作效率；
[0034](4)本發(fā)明涂層制備方法工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，推力室內(nèi)外表面涂層厚度均勻，且發(fā)動(dòng)機(jī)能夠承受1200°C以上的工作溫度，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，顯著提高生產(chǎn)效率；
[0035](5)利用該浸涂的工藝制備涂層，工藝簡單，同時(shí)制備的S1-Cr-T1-Hf涂層，其試片高溫抗氧化溫度為1400°C以上，發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫抗氧化溫度為1200°C以上。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的推力室噴管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明推力室浸涂方向和位置示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明配車后的發(fā)動(dòng)機(jī)推力室。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明所述的一種微小型雙組元姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)推力室制備工藝方法作進(jìn)一步描述。
[0040]實(shí)施例
[0041]—種1N雙組元姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)推力室制備方法，所述的推力室噴管包括直線段、收斂段、喉部和出口段，如圖1所示；
[0042]直線段為空心圓柱，長度為4.2mm,內(nèi)徑為3.2mm,外徑為4.4mm ；
[0043]收斂段為空心圓臺(tái)，長度為2.8mm,小端內(nèi)徑為0.9mm,小端外徑為2.2mm,大端內(nèi)徑為3.2mm,大端外徑為4.4mm ；
[0044]喉部為空心圓柱，長度為0.5mm,內(nèi)徑為0.9mm,外徑為2.2mm ；
[0045]出口段為空心圓臺(tái)，長度為0.5mm,小端內(nèi)徑為0.9mm,小端外徑為2.2mm,大端內(nèi)徑為1.04mm,大端外徑為2.2mm ；
[0046]步驟為:
[0047]第一步，機(jī)械車削和精密鉆孔技術(shù)制備微型推力室噴管:
[0048](1)將規(guī)格為Φ 10mm的銀合金棒材進(jìn)行下料，下料尺寸為Φ 10mmX 20mm，并根據(jù)微小型推力室圖紙車加工外形各圓柱面、圓弧面及圓錐面，尺寸Φ4.4±0.1mm，L = 7mm，角度120°，加工好后進(jìn)行去毛刺；
[0049](2)利用鉆頭進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑與