發動機鈮鎢合金燃燒室之矽化鉬塗層

雙組元液體推進劑姿軌控發動機是現代空間飛行器及戰略戰術武器的重要組成部分，廣泛應用於軌道控制、姿態調整等。近年來，新型飛行器或武器的研製，對發動機性能的要求不斷提高，要求其提高比沖，增加室壓，從而減少推進劑的消耗量和減輕發動機重量，以及延長發動機壽命或增大戰略武器射程。

推力室許用溫度是決定發動機比沖的主要因素之一，而推力室材料及高溫抗氧化塗層性能則決定了推力室的工作溫度和抗沖刷性能。目前，我國應用於空間飛行器軌道導入和姿態控制的雙組元液體火箭發動機主要使用矽化物塗層的鈮鉿合金作燃燒室，塗層工藝和體系為料漿燒結的矽鉻鈦塗層以及矽鉻鈦鉿塗層，其工作溫度為1400℃左右。

為了進一步提高該合金的發動機噴管在高溫下的使用壽命，研究人員採用一鈮鎢合金作發動機燃燒室，燃燒室表面複合矽化鉬塗層體系的製備方法，該方法製備的塗層使發動機燃燒室的工作溫度能夠提高到1660 ℃，提高了發動機的高溫裕度，延長了發動機壽命，其是通過以下技術方案予以實現的:

(1.1)、製備第一鉬靶材和第二鉬靶材，其中第一鉬靶材用於鈮鎢合金燃燒室的直線段到喉部內表面鉬塗層的製備，第二鉬靶材用於鈮鎢合金燃燒室的出口段到喉部內表面鉬塗層的製備；

(1.2)、將第一鉬靶材安裝在內表面真空陰極電弧沉積設備上，作為陰極，採用電磁場控制弧斑在第一鉬靶材表面上下運動，通過控制電流大小控制弧斑在第一鉬靶材表面的上下位置，通過控制電流變化頻率控制弧斑在第一鉬靶材表面上下運動的速度；

(1.3)、放置鈮鎢合金燃燒室，使鈮鎢合金燃燒室直線段朝下，第一鉬靶材位於鈮鎢燃燒室內部，使第一鉬靶材的軸線與鈮鎢合金燃燒室軸線重合，且避免第一鉬靶材與鈮鎢合金燃燒室接觸，鈮鎢合金燃燒室作為陽極；

(1.4)、抽取真空並控制工藝條件，完成鈮鎢合金燃燒室直線段到喉部內表面鉬塗 層的沉積；

(1.5)、將第二鉬靶材安裝在內表面真空陰極電弧沉積設備上，作為陰極，採用電 磁場控制弧斑在第二鉬靶材表面上下運動，通過控制電流大小控制弧斑在第二鉬靶材表面 的上下位置，通過控制電流變化頻率控制弧斑在第二鉬靶材表面上下運動的速度；

(1.6)、放置鈮鎢合金燃燒室，使鈮鎢合金燃燒室出口段朝下，第二鉬靶材位於鈮 鎢合金燃燒室內部，使第二鉬靶材的軸線與鈮鎢合金燃燒室軸線重合，且避免第二鉬靶材 與鈮鎢合金燃燒室接觸，鈮鎢合金燃燒室作為陽極；

(1.7)、抽取真空並控制工藝條件，完成鈮鎢合金燃燒室出口段到喉部內表面鉬塗 層的沉積；

步驟(2)、在鈮鎢合金燃燒室外表面沉積鉬塗層；

步驟(3)、沉積鉬塗層後的鈮鎢合金燃燒室進行真空活化包滲處理，製備得到複合 矽化物塗層體系，具體方法如下：

(3.1)、將包滲料裝入石墨坩堝中，將鈮鎢合金燃燒室埋入裝好包滲料的石墨坩堝 中，保證整個燃燒室埋入石墨坩堝的包滲料中；

(3.2)、將活化劑裝入活化劑蒸發器中；

(3.3)、將活化劑蒸發器裝入第一真空爐內，將石墨坩堝裝入第二真空爐內，並連 通活化劑蒸發器和石墨坩堝；

(3.4)、進行包滲活化反應形成矽化鉬塗層，具體方法為：

第一真空爐、第二真空爐同時抽真空，當真空度達到2×10-2Pa以下時，對第一真空 爐和第二真空爐同時進行加熱，第一真空爐加熱速度為8-10℃/min，加熱至880-960℃，第 二真空爐加熱速度為15-20℃/min，加熱至1200-1400℃，對兩個真空爐進行保溫處理，保溫時間為6-10小時，然後關爐，並進行隨爐冷卻，製備得到矽化鉬塗層。

試驗表面：使發動機的工作溫度能夠提高到1660℃，顯著提高了發動機的比沖和高溫裕度，延長發動機壽命，發動機經過真空熱試車考核，壽命達到11小時以上，比沖達到 319s，高溫裕度提高100-150℃。

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