一種錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法，屬于表面工程技術領域。
【背景技術】
[0002]小推力雙組元液體火箭發動機主要應用于空間飛行器及戰略戰術武器的姿態及軌道控制，推力室內燃料燃燒溫度可達2700°C，采用內壁面液膜主動冷卻技術后但壁面溫度仍然高于1000°C，因此為保證發動機推力室的高溫強度要求，必須采用高溫難熔金屬(Nb、Ta、W、Mo、Re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60(TC以上就會發生“pest”災難性氧化，不能直接面對燃燒環境，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自20世紀50年代開始發展，至今形成了多類材料體系，取得型號應用的主要包括:鈮鉿合金涂覆硅化物涂層，鈮鎢合金涂覆硅化物涂層，鉑銠推力室以及Re基材+Ir涂層。上述材料體系應用于發動機推力室，其長時工作(一般指2萬秒以上)許用工作溫度依次提高，分別為1370°C、1600°C、1750°C、2200°C。因此，錸銥材料是目前性能最高的發動機推力室材料，以美國的R-4D-16發動機為例，其推力為445N，發動機比沖可達到235s以上，較鈮鉿合金推力室提高20s，可大幅延長衛星壽命或提高有效載荷或增大武器射程，具有極其顯著的經濟價值和軍事意義。
[0004]錸銥材料應用于發動機推力室，錸作為基材，銥作為涂層。銥的熔點為2447°C，氧滲透率低(KT14gcnT1s-1),確保其在2200°C下長時間工作。目前面臨的問題是，使用錸銥材料的發動機均采用肼類推進劑，該推進劑與銥接觸即發生相溶性反應，導致銥涂層快速失效進而裸露錸基材造成推力室失效。在發動機試車過程中，這一問題表現為在點火后數百秒時間內，推進劑中作為主動冷卻的部分噴射到燃燒室內壁位置出現“熱坑”，國外稱之為“hot pit”。因此，為保證錸銥發動機的正常長時工作，必須對該位置進行防護，隔絕未氧化的推進劑以及未完全氧化的推進劑與銥涂層的接觸。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法，采用該方法制備鉑銠環后裝配于發動機燃燒室內壁，可保證錸銥發動機工作過程中推進劑及其氧化的中間產物不與銥涂層接觸，防止出現熱坑，確保發動機工作至要求壽命。
[0006]本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的:
[0007]一種錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟(一)、制備工裝
[0009](I)、制備第一旋壓工裝組件和第二旋壓工裝組件，所述第一旋壓工裝組件為圓筒結構，內壁設有與錸銥發動機燃燒室內壁相匹配的裝配臺階，且一端的端面上均布有若干個螺紋孔；所述第二旋壓工裝組件為與第一旋壓工裝組件的圓筒結構相匹配的圓環結構，且一端的端面上均布有若干個通孔；
[0010](2)、制備車床用加工旋輪，所述加工旋輪包括旋輪柄和旋輪，旋輪套裝在旋輪柄的一端，旋輪為圓環結構；
[0011]步驟(二)、內壁旋壓
[0012](3)、將第一旋壓工裝組件裝卡于車床，將圓筒形的鉑銠管件裝入第一旋壓工裝組件內，并留出部分管件于第一旋壓工裝組件端面外；
[0013](4)、使用加工旋輪自鉑銠管件內壁擠壓鉑銠管件，形成翻邊；
[0014](5)、將第二旋壓工裝組件用螺栓裝配在第一旋壓工裝組件開有螺紋孔的端面上，使第二旋壓工裝組件壓緊翻邊后的鉑銠管件；
[0015]￠)、調節加工旋輪的轉速，進行多道次鉑銠管件內表面旋壓，直至鉑銠管件的長度達到要求值；
[0016](7)、拆除第二旋壓工裝組件；
[0017]步驟(三)、工裝腐蝕去除
[0018]將裝有旋壓完成的鉑銠管件的第一旋壓工裝組件浸泡于酸液中，直至第一旋壓工裝組件完全腐蝕去除，得到鉑銠環；
[0019]步驟(四)、鉑銠環安裝
[0020]將鉑銠環裝配于錸銥發動機燃燒室內壁面。
[0021]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，旋輪柄為圓柱結構，圓柱外徑與旋輪圓環結構的內徑相匹配，旋輪為截面圓形的圓環結構。
[0022]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，第一旋壓工裝組件和第二旋壓工裝組件由高碳鋼棒料制備得到。
[0023]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，步驟(二)的(6)中，調節加工旋輪轉速為160-200r/min，每道次進給量為0.1-0.2mm，進行多道次鉑銠管件內表面旋壓，直至鉑銠管件的長度達到要求值。
[0024]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，步驟(三)中的酸液由硫酸與鹽酸混合得到，混合后硫酸的體積濃度為5-10%，鹽酸的體積濃度為10-15%。
[0025]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，鉑銠管件的合金要求為:Pt質量百分比含量89-91%，Rh質量百分比含量11-9%。
[0026]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，鉑銠管件的厚度為0.5-0.7mm，外徑為 Φ44.5-44.7mm。
[0027]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，第一旋壓工裝組件和第二旋壓工裝組件的內徑為:待裝配的錸銥發動機燃燒室內壁面內徑實測值增加0.0lmm?0.02mnu
[0028]在上述錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法中，步驟(四)中將脫模后的鉑銠環直接裝配于發動機燃燒室內壁面，采用輕微敲擊或對鉑銠環外表面進行打磨，確保鉑銠環與燃燒室內壁緊密結合。
[0029]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
[0030](I)、本發明采用內旋壓方式實現設計厚度鉑銠環制備，通過設計工裝模具-旋壓成型-脫模-裝配的方式實現燃燒室內壁鉑銠環制備，并確保鉑銠環與燃燒室內壁結合緊密，采用此方法制備鉑銠環后，可保證錸銥發動機工作過程中推進劑及其氧化的中間產物不與銥涂層接觸，防止出現熱坑，確保發動機工作至要求壽命；
[0031](2)、本發明通過設計專用工裝及專用的加工旋輪，并配合精準設計的內壁旋壓工藝和工裝腐蝕工藝，制備出了與錸銥燃燒室內壁完全貼合并具有較高質量的鉑銠環，將此鉑銠環用于錸銥燃燒室后，在試驗過程中完全杜絕了甲基肼對銥涂層的腐蝕，并且試驗結束后，鉑銠合金表面狀態良好，未發生任何腐蝕或燒蝕現象，確保了錸銥發動機的可靠、穩定工作；
[0032](3)、本發明選擇鉑銠合金作為隔絕材料，主要考慮鉑銠的熔點較高，在1800°C以上，可以滿足錸銥發動機工作的高溫環境需求，同時鉑銠合金不與肼類推進劑發生反應，性質穩定。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明鉑銠環制備工藝流程圖；
[0034]圖2為本發明用于制備鉑銠環的PtRhlO管型件結構示意圖；
[0035]圖3為本發明加工旋輪結構示意圖，其中圖3a為加工旋輪外形圖，圖3b為加工旋輪剖面圖；
[0036]圖4為本發明第一旋壓工裝組件結構示意圖；
[0037]圖5為本發明鉑銠管件裝入第一旋壓工裝組件后示意圖；
[0038]圖6為本發明圖5狀態下加裝第二旋壓工裝組件后示意圖；
[0039]圖7為本發明旋壓完成并酸洗去除工裝后的鉑銠環示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述:
[0041]如圖1所示為本發明鉑銠環制備工藝流程圖，本發明錸銥發動機燃燒室內壁防護鉑銠環的制備方法主要為工裝設計加工、鉑銠旋壓、酸洗去除工裝、鉑銠環裝配，具體如下:
[0042]步驟(一)、制備工裝
[0043](I)、制備第一旋壓工裝組件I和第二旋壓工裝組件2，如圖4所示為本發明第一旋壓工裝組件結構示意圖，第一旋壓工裝組件I為圓筒結構，內壁設有與發動機燃燒室內壁相匹配的裝配臺階，且一端的端面上均布有若干個螺紋孔3。
[0044]第二旋壓工裝組件2為與第一旋壓工裝組件I的圓筒結構相匹配的圓環結構，且一端的端面上均布有若干個通孔。第一旋壓工裝組件I和第二旋壓工裝組件2由高碳鋼棒料制備得到。第一旋壓工裝組件I和第二旋壓工裝組件2的內徑為待裝配的發動機燃燒室內壁面內徑實測值增加0.0lmm?0.02mm。
[0045](2)、制備車床用加工旋輪5，如圖3所示為本發明加工旋輪結構示意圖，其中圖3a為加工旋輪外形圖，圖3b為加工旋輪剖面圖，加工旋輪5包括旋輪柄6和旋輪7，旋輪柄6為圓柱結構，旋輪7為圓環結構，旋輪柄6圓柱外徑與旋輪7圓環結構的內徑相匹配，旋輪柄6的一端裝卡在旋輪7的圓環空腔內，旋輪7為截面圓形的圓環結構。
[0046]步驟(二)、內壁旋壓
[0047](3)、將第一旋壓工裝組件I裝卡于車床，將圓筒形的鉑銠管件8裝入第一旋壓工裝組件I內，并留出部分管件于