一种微小型发动机推力室用料浆及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微小型发动机推力室用料浆及其制备方法和应用，属于双组元液体火箭轨/姿控发动机技术领域，所述的微小型发动机的推力为0.1-5N，微小型发动机推力室的喉部直径为0.3-1.0_，微小型发动机推力室上的喷管的材料为铌钨合金。
【背景技术】
[0002]微小型推进系统主要是用于微小型卫星等微小型航天飞行器精密调姿和轨道定位，具有成本低、体积小、功耗低、质量轻、推力小(一般为0.1-5N)、集成度高等特点，同时此类发动机需具备多次启动能力，脉冲次数可达上万次，在轨工作寿命长，通常需要在轨运行数年到十几年，累计工作时间达数十小时。推力室的微小型喷管是微小型推进系统的一个核心部件，微小型喷管基材通常采用铌钨合金，该合金在600°C以上会发生严重的氧化，而微小型液体姿轨控发动机的工作温度一般在1200°C以上，因此需要在微小型喷管内外表面制备高温抗氧化涂层。
[0003]由于微小型喷管的尺寸较小，尤其喉部直径在1mm以下，利用现有喷管涂层配方及制备工艺方法制备微小型喷管时，喷管喉部涂层容易堆积造成堵塞，或者是涂层挂浆困难涂层达不到要求的厚度，难以实现微型喷管内外表面硅化物涂层制备，致使微小型喷管性能和寿命达不到使用要求。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的上述不足，提供一种微小型发动机推力室用料浆及其制备方法和应用。
[0005]本发明的技术解决方案是:
[0006]—种微小型发动机推力室用料浆，该料浆包括硅铬钛合金粉、硅粉、铪粉、硝基外用清漆和乙酸乙酯；各组分的含量比例关系为:硅铬钛合金粉:硅粉:铪粉:硝基外用清漆:乙酸乙酯=(95-105g):(8-12g):(17-23g): (20-24g): (122_138mL)；
[0007]其中娃络钛合金粉中，娃络钛合金粉的总质量为100%，Cr的质量百分含量为19% -21%, Ti的质量百分含量为4.5%-5.5%，余量为Si，粒度小于300目；硅粉的纯度大于等于99.5%，粒度小于300目；铪粉的纯度大于等于99.5%，粒度小于300目。
[0008]—种微小型发动机推力室用料浆的制备方法，步骤为:
[0009](1)将硅铬钛合金粉和硅粉进行混合，然后用球磨机进行干混4-8小时，得到混合粉末；所述的球磨机采用刚玉球磨筒；
[0010](2)将硝基外用清漆和乙酸乙酯混合均匀，得到混合物；
[0011](3)将步骤(2)得到的混合物和铪粉加入到步骤(1)得到的混合粉末中，然后在球磨机上湿混1_2小时，最终获得料楽。
[0012]将上述得到的料浆应用于微小型发动机推力室中，步骤为:
[0013](1)对微小型发动机推力室喷管内外表面进行除油、除锈处理，主要是采用酸洗和丙酮超声清洗；
[0014](2)将制备得到的料浆倒入到玻璃烧杯中，并进行搅拌，防止料浆沉淀；
[0015](3)将步骤(1)中清洗好的推力室喷管浸入到步骤(2)中倒有料浆的玻璃杯中，进行浸涂涂层过程，浸涂涂层过程中采用浸涂提拉机进行提拉，浸涂过程中保持喉部位置朝下，直线段口部朝上，垂直均匀的进入料浆中，直到推力室喷管到达料浆玻璃杯底部后开始向上提拉喷管，直至喷管提拉至料浆上面，浸涂提拉速度为2-5cm/s(即喷管向下浸入到料浆中的速度和向上离开料浆的速度均为2-5cm/s)，浸入次数共3-5次，每次提拉出推力室喷管后利用电吹风机进行吹干，每次喷管上的厚度增厚为20-30 μ m，总增厚范围优选90-130 μm ;
[0016](4)将步骤(3)得到的推力室喷管放入真空炉中，在1370-1490°C下保温5-20min，真空度彡5\10_2?&，真空烧结后生成3丨-0-11-!^涂层；
[0017](5)对真空烧结后形成的S1-Cr-T1-Hf涂层的推力室喷管进行检测，检测项目如下:
[0018]检测涂层厚度为90-130 μπι ;
[0019]检测喷管的喉部直径符合设计要求；
[0020]检测涂层的外观质量，无起皮、剥落等现象；
[0021]检测随炉试片的高温抗氧化性能，结果表明1600°C条件下恒温抗氧化寿命大于10ho
[0022]所述的推力室喷管包括直线段、收敛段、喉部和出口段；
[0023]所述的推力室喷管的机械加工制备方法，步骤为:
[0024](1)选择合格的铌钨合金棒材，根据尺寸要求进行下料，并根据微小型推力室图纸车加工直线段、收敛段、喉部和出口段的外表面，加工好后进行去毛刺；
[0025](2)利用钻头在步骤(1)得到的合金棒的中心钻一通孔，钻头直径与喷管喉部直径一致，锥度保持18-15°，孔口保持锐边，根据尺寸要求切断，并去毛刺；
[0026](3)粗加工喷管直线段内孔，主要是车加工直线段内孔的圆柱面，然后精加工喷管直线段圆柱面，收敛段的圆弧面及出口段的圆锥面，保持喉部直径不变。
[0027]推力室喷管与发动机头部配车与焊接的方法，步骤为:
[0028](1)将制备好的推力室喷管与发动机头部进行配车，主要是将焊接处的多余涂层和金属车加工掉，在加工过程中，利用铝包套保护好推力室喷管，防止表面涂层磕碰；
[0029](2)采用真空电子束焊接，将推力室喷管与发动机头部钛合金进行焊接，在焊接过程中保证产品的垂直度< 0.1mm和发动机推力室身部的圆柱度。
[0030]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0031](1)本发明的料浆性能稳定，成分均匀，通过调节该料浆的浓度，利用该料浆对喉部直径为1毫米以下微小型喷管涂覆涂层时，不容易使喉部发生堵塞，同时能够保证涂层涂覆厚度；
[0032](2)使用本发明的料浆浸涂到喉部直径在1毫米以下的微小型推力室喷管的内外表面后在保证喷管的高温抗氧化性能的同时还能够使得喷管的喉部直径满足设计要求；
[0033](3)本发明的料浆浸涂到喉部直径在1毫米以下的微小型推力室喷管的内外表面时的速度为2-5cm/s，浸入次数仅3-5次，工作效率高，成本低，且能够满足发动机工况要求；浸涂时的速度为2-5cm/s时，能够保证每次涂层涂覆厚度的同时喉部涂层不会发生偏厚，能够保证喉部不发生堵塞，同时利用该速度涂覆时，浸入次数控制在3-5次，提高了工作效率；
[0034](4)本发明涂层制备方法工艺简单，易于实现，推力室内外表面涂层厚度均匀，且发动机能够承受1200°C以上的工作温度，可以实现批量生产，显著提高生产效率；
[0035](5)利用该浸涂的工艺制备涂层，工艺简单，同时制备的S1-Cr-T1-Hf涂层，其试片高温抗氧化温度为1400°C以上，发动机的高温抗氧化温度为1200°C以上。
【附图说明】
[0036]图1为本发明的推力室喷管的结构示意图；
[0037]图2为本发明推力室浸涂方向和位置示意图；
[0038]图3为本发明配车后的发动机推力室。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和具体实施例，对本发明所述的一种微小型双组元姿轨控发动机推力室制备工艺方法作进一步描述。
[0040]实施例
[0041]—种1N双组元姿轨控发动机推力室制备方法，所述的推力室喷管包括直线段、收敛段、喉部和出口段，如图1所示；
[0042]直线段为空心圆柱，长度为4.2mm,内径为3.2mm,外径为4.4mm ；
[0043]收敛段为空心圆台，长度为2.8mm,小端内径为0.9mm,小端外径为2.2mm,大端内径为3.2mm,大端外径为4.4mm ；
[0044]喉部为空心圆柱，长度为0.5mm,内径为0.9mm,外径为2.2mm ；
[0045]出口段为空心圆台，长度为0.5mm,小端内径为0.9mm,小端外径为2.2mm,大端内径为1.04mm,大端外径为2.2mm ；
[0046]步骤为:
[0047]第一步，机械车削和精密钻孔技术制备微型推力室喷管:
[0048](1)将规格为Φ 10mm的银合金棒材进行下料，下料尺寸为Φ 10mmX 20mm，并根据微小型推力室图纸车加工外形各圆柱面、圆弧面及圆锥面，尺寸Φ4.4±0.1mm，L = 7mm，角度120°，加工好后进行去毛刺；
[0049](2)利用钻头进行钻孔，钻头直径与