发动机铌钨合金燃烧室之硅化钼涂层

双组元液体推进剂姿轨控发动机是现代空间飞行器及战略战术武器的重要组成部分，广泛应用于轨道控制、姿态调整等。近年来，新型飞行器或武器的研制，对发动机性能的要求不断提高，要求其提高比冲，增加室压，从而减少推进剂的消耗量和减轻发动机重量，以及延长发动机寿命或增大战略武器射程。

推力室许用温度是决定发动机比冲的主要因素之一，而推力室材料及高温抗氧化涂层性能则决定了推力室的工作温度和抗冲刷性能。目前，我国应用于空间飞行器轨道导入和姿态控制的双组元液体火箭发动机主要使用硅化物涂层的铌铪合金作燃烧室，涂层工艺和体系为料浆烧结的硅铬钛涂层以及硅铬钛铪涂层，其工作温度为1400℃左右。

为了进一步提高该合金的发动机喷管在高温下的使用寿命，研究人员采用一铌钨合金作发动机燃烧室，燃烧室表面复合硅化钼涂层体系的制备方法，该方法制备的涂层使发动机燃烧室的工作温度能够提高到1660 ℃，提高了发动机的高温裕度，延长了发动机寿命，其是通过以下技术方案予以实现的:

(1.1)、制备第一钼靶材和第二钼靶材，其中第一钼靶材用于铌钨合金燃烧室的直线段到喉部内表面钼涂层的制备，第二钼靶材用于铌钨合金燃烧室的出口段到喉部内表面钼涂层的制备；

(1.2)、将第一钼靶材安装在内表面真空阴极电弧沉积设备上，作为阴极，采用电磁场控制弧斑在第一钼靶材表面上下运动，通过控制电流大小控制弧斑在第一钼靶材表面的上下位置，通过控制电流变化频率控制弧斑在第一钼靶材表面上下运动的速度；

(1.3)、放置铌钨合金燃烧室，使铌钨合金燃烧室直线段朝下，第一钼靶材位于铌钨燃烧室内部，使第一钼靶材的轴线与铌钨合金燃烧室轴线重合，且避免第一钼靶材与铌钨合金燃烧室接触，铌钨合金燃烧室作为阳极；

(1.4)、抽取真空并控制工艺条件，完成铌钨合金燃烧室直线段到喉部内表面钼涂 层的沉积；

(1.5)、将第二钼靶材安装在内表面真空阴极电弧沉积设备上，作为阴极，采用电 磁场控制弧斑在第二钼靶材表面上下运动，通过控制电流大小控制弧斑在第二钼靶材表面 的上下位置，通过控制电流变化频率控制弧斑在第二钼靶材表面上下运动的速度；

(1.6)、放置铌钨合金燃烧室，使铌钨合金燃烧室出口段朝下，第二钼靶材位于铌 钨合金燃烧室内部，使第二钼靶材的轴线与铌钨合金燃烧室轴线重合，且避免第二钼靶材 与铌钨合金燃烧室接触，铌钨合金燃烧室作为阳极；

(1.7)、抽取真空并控制工艺条件，完成铌钨合金燃烧室出口段到喉部内表面钼涂 层的沉积；

步骤(2)、在铌钨合金燃烧室外表面沉积钼涂层；

步骤(3)、沉积钼涂层后的铌钨合金燃烧室进行真空活化包渗处理，制备得到复合 硅化物涂层体系，具体方法如下：

(3.1)、将包渗料装入石墨坩埚中，将铌钨合金燃烧室埋入装好包渗料的石墨坩埚 中，保证整个燃烧室埋入石墨坩埚的包渗料中；

(3.2)、将活化剂装入活化剂蒸发器中；

(3.3)、将活化剂蒸发器装入第一真空炉内，将石墨坩埚装入第二真空炉内，并连 通活化剂蒸发器和石墨坩埚；

(3.4)、进行包渗活化反应形成硅化钼涂层，具体方法为：

第一真空炉、第二真空炉同时抽真空，当真空度达到2×10-2Pa以下时，对第一真空 炉和第二真空炉同时进行加热，第一真空炉加热速度为8-10℃/min，加热至880-960℃，第 二真空炉加热速度为15-20℃/min，加热至1200-1400℃，对两个真空炉进行保温处理，保温时间为6-10小时，然后关炉，并进行随炉冷却，制备得到硅化钼涂层。

试验表面：使发动机的工作温度能够提高到1660℃，显著提高了发动机的比冲和高温裕度，延长发动机寿命，发动机经过真空热试车考核，寿命达到11小时以上，比冲达到 319s，高温裕度提高100-150℃。

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