一种内表面电弧离子镀的制备方法与流程

本发明涉及发动机设计领域，特别是涉及一种高性能发动机推力室身部内表面电弧离子镀的制备方法，可应用于航天飞行器的轨姿控发动机。

背景技术：

1、双组元液体推进剂轨姿控发动机是现代空间飞行器的重要组成部分，广泛应用于轨道控制、姿态调整等。

2、近年来，新型飞行器的研制，对发动机性能的要求不断提高，要求其提高比冲，延长服役寿命，从而提高飞行器或武器的变轨效率和在轨寿命。发动机许用温度是决定发动机比冲的主要因素之一，而发动机推力室身部基体材料及其内外表面高温抗氧化涂层的性能决定了发动机的许用温度和服役寿命等性能。

3、目前，采用电弧离子镀方法制备钼涂层或铱涂层，能够使发动机许用温度分别提升100℃和700℃，极大地提高了发动机的使用性能。但是常规的电弧离子镀制备方法，存在涂层沉积均匀性较差的问题，影响了发动机服役过程中的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双组元液体推进剂轨姿控发动机推力室身部内表面电弧离子镀的制备方法，该方法显著提升了推力室身部内表面超高温防护涂层的厚度均匀性，提高了超高温防护涂层的服役稳定性和可靠性。

2、本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

3、一种新型内表面电弧离子镀的制备方法，包括：

4、(1)加工靶材，靶材分为圆柱段和圆锥段两部分；

5、(2)将靶材圆锥角、靶材高度输入阴极弧源电磁场控制系统中，根据输入的靶材圆锥角和靶材高度，阴极弧源电磁场控制系统自动调整磁场电流频率、磁场最大电流；

6、(3)将引弧器套入靶材圆柱段部分，引弧器外壳上插入引弧针，引弧针与引弧器之间采用聚四氟乙烯绝缘，引弧针外接10000～50000v的高压电源，靶材、引弧器和引弧针构成阴极弧源；

7、(4)阴极弧源在阴极弧源电磁场控制系统控制下做上下螺旋运动；

8、(5)工件位于阴极弧源的正上方，工件与转动机构嵌入式连接，在转动机构的带动下做旋转运动；

9、(6)引弧器在阴极弧源电磁场控制系统控制下点火，靶材起弧电离出离子，阴极弧源和工件运动过程中实现对工件内表面的均匀沉积。

10、优选的，靶材材料选用纯钼或铱。

11、优选的，靶材最大外径40～60mm，靶材高度40～200mm，靶材圆锥角10°～90°。

12、优选的，磁场电流频率＝0.75×靶材圆锥角；磁场最大电流＝0.25×靶材高度。

13、优选的，所述引弧器采用不锈钢材料，引弧针采用精铜材料。

14、优选的，引弧器内径比靶材最大外径大10～20mm，引弧器外径比内径大60～100mm，引弧针长度为30～60mm。

15、优选的，阴极弧源上下运动的运动速度为10～200mm/min，旋转运动的速度为5～20r/min，上下运动行程为0～200mm。

16、优选的，工件材料为铌钨合金或铼。

17、优选的，工件最大外径20～100mm，高度30～300mm。

18、优选的，转动机构采用铌钨合金材料，旋转运动速度为1～10r/min。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、本发明采用电磁场控制弧斑运动和机械运动相结合的方式，避免了单一电磁场控制弧斑运动或单一机械运动的不足，极大地提高了涂层沉积均匀性，能够使涂层厚度均匀性提高至±5％，有效保证了发动机服役过程中了稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，靶材材料选用纯钼或铱。

3.根据权利要求2所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，靶材最大外径40～60mm，靶材高度40～200mm，靶材圆锥角10°～90°。

4.根据权利要求3所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，磁场电流频率＝0.75×靶材圆锥角；磁场最大电流＝0.25×靶材高度。

5.根据权利要求1所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，所述引弧器采用不锈钢材料，引弧针采用精铜材料。

6.根据权利要求5所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，引弧器内径比靶材最大外径大10～20mm，引弧器外径比内径大60～100mm，引弧针长度为30～60mm。

7.根据权利要求1所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，阴极弧源上下运动的运动速度为10～200mm/min，旋转运动的速度为5～20r/min，上下运动行程为0～200mm。

8.根据权利要求1所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，工件材料为铌钨合金或铼。

9.根据权利要求8所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，工件最大外径20～100mm，高度30～300mm。

10.根据权利要求9所述的一种内表面电弧离子镀的制备方法，其特征在于，转动机构采用铌钨合金材料，旋转运动速度为1～10r/min。

技术总结
本发明公开了一种新型内表面电弧离子镀的制备方法。能够根据靶材圆锥角、靶材高度自动调节磁场电流频率、磁场最大电流，实现弧斑在靶材上的匀速螺旋运动；通过阴极弧源运动装置设计，实现阴极弧源的螺旋运动；通过工件旋转运动装置设计，实现工件的旋转可控运动。本发明有助于提高钼、铱等超高温防护涂层的服役稳定性和可靠性，有利于推动空间飞行器的发展和进步。

技术研发人员：王娜,张晓,孙彦波,阴中炜,陈道勇
受保护的技术使用者：航天材料及工艺研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15