[发明专利]一种发动机燃烧室表面复合硅化物涂层的制备方法

摘要

本发明涉及一种发动机燃烧室表面复合硅化物涂层的制备方法，通过从真空电弧离子镀设备内表面阴极弧源设计和仿形钼靶材设计，推力室燃烧室内外表面钼涂层制备工艺，真空活化包渗专用的坩埚装置设计，真空活化包渗形成硅化钼涂层工艺优化，在铌合金燃烧室表面制备出均匀致密的硅化钼涂层，仿形钼靶材有两种，一种是沉积直线段到喉部位置的钼靶材，第二种是喉部到出口位置的钼靶材，本发明首次实现发动机工作温度提高到1660℃，提高了发动机的高温裕度，延长了发动机寿命，发动机真空热试车寿命达到11小时以上。

主权项

1.一种发动机燃烧室表面复合硅化物涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、在铌钨合金燃烧室内表面沉积钼涂层，具体方法如下：(1.1)、制备第一钼靶材(2)和第二钼靶材(5)，其中第一钼靶材(2)用于铌钨合金燃烧室(1)的直线段到喉部内表面钼涂层的制备，第二钼靶材(5)用于铌钨合金燃烧室(1)的出口段到喉部内表面钼涂层的制备；(1.2)、将第一钼靶材(2)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(2)表面上下运动，通过控制电流大小控制弧斑在第一钼靶材(2)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(2)表面上下运动的速度；(1.3)、放置铌钨合金燃烧室(1)，使铌钨合金燃烧室(1)直线段朝下，第一钼靶材(2)位于铌钨燃烧室内部，使第一钼靶材(2)的轴线与铌钨合金燃烧室(1)轴线重合，且避免第一钼靶材(2)与铌钨合金燃烧室(1)接触，铌钨合金燃烧室(1)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(1)直线段到喉部内表面钼涂层的沉积；(1.5)、将第二钼靶材(5)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(5)表面上下运动，通过控制电流大小控制弧斑在第二钼靶材(5)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(5)表面上下运动的速度；(1.6)、放置铌钨合金燃烧室(1)，使铌钨合金燃烧室(1)出口段朝下，第二钼靶材(5)位于铌钨合金燃烧室(1)内部，使第二钼靶材(5)的轴线与铌钨合金燃烧室(1)轴线重合，且避免第二钼靶材(5)与铌钨合金燃烧室(1)接触，铌钨合金燃烧室(1)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(1)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(1)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(1)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(12)装入石墨坩埚(8)中，将铌钨合金燃烧室(1)埋入装好包渗料(12)的石墨坩埚(8)中，保证整个燃烧室(1)埋入石墨坩埚(8)的包渗料(12)中；(3.2)、将活化剂(13)装入活化剂蒸发器(9)中；(3.3)、将活化剂蒸发器(9)装入第一真空炉内，将石墨坩埚(8)装入第二真空炉内，并连通活化剂蒸发器(9)和石墨坩埚(8)；(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；所述发动机燃烧室为铌钨合金燃烧室，所述铌钨合金燃烧室的内壁面与外壁面设有复合硅化物涂层，该复合硅化物涂层包括外层的硅化钼涂层，中间层的二硅化铌层和底层的三硅化五铌层。