CN103861756B - 一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，属于表面喷涂工程技术领域。该装置包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、喷枪、料罐、搅拌器、管路、机械手和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面；防爆灯悬挂于通风橱顶；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室装卡于立式转台或卧式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上；控制柜置于通风橱外。

Description

一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置
技术领域
本发明涉及一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，属于表面喷涂工程技术领域。
背景技术
小推力双组元液体火箭发动机主要应用于空间飞行器及战略战术武器的姿态及轨道控制，推力室内燃料燃烧温度可达2700℃，虽然在内壁面采用了液膜冷却技术，但壁面温度仍然高于1000℃。为满足发动机推力室的高温力学性能要求，必须采用高温难熔金属（Nb、Ta、W、Mo、Re及铂等）或C/C复合材料作为身部材料，但是这类材料本身高温抗氧化性能很差，如铌合金在600℃以上就会发生“pest”灾难性氧化，不能直接面对燃烧环境，必须在材料表面涂覆高温抗氧化涂层进行防护。
铌合金表面涂覆硅化物涂层为目前国内外型号广泛应用的技术手段。美国Sylavania公司的R512A（Si-20Cr-5Ti）涂层，采用料浆烧结法，80-150μm的涂层防护寿命1371℃下100h。此涂层应用在Marquardt公司的R-4D、R-1E和R-6C发动机上，成功应用于“阿波罗”登月计划登月舱和服务舱上的姿态控制。同一体系的R512E（Si-Cr-Fe）涂层在1316℃下寿命100h以上，应用在Royal公司的“LEROS20”（20N）、“LEROS1（500N）发动机上，还应用于贝尔公司研制的Scb-291Nb合金推力室，民兵ⅢMK12分导式多弹头发动机。国内型号应用的材料体系为铌铪合金涂覆“815（Si-Cr-Ti）”涂层，应用于多个卫星、飞船及武器型号。
在上述硅化物涂层制备过程中，主要采用的工艺有两种：一种是料浆喷涂烧结工艺，另一种是料浆浸涂烧结工艺。
料浆喷涂烧结工艺过程中，采用喷枪雾化喷涂工艺，通常是操作人员手持虹吸式喷枪进行喷涂作业，喷涂过程中由于人为原因（经验、工作状态等）难以控制，容易造成喷涂的涂层均匀性低、多台产品一致性低等问题，从而导致涂层的多次烧结或者返修，影响生产效率及产品质量的可靠性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置替代原始的人工喷涂料浆工艺，且料浆涂层均匀性、一致性及稳定性好，可明显提高高温烧结后抗氧化涂层的均匀性、批次一致性及应用可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、喷枪、料罐、搅拌器、管路、机械手和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面，用于抽风除尘；防爆灯悬挂于通风橱顶，用于照明；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室根据需求，装卡于立式转台或卧式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端，用于喷涂；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上，用于夹持喷枪及实现喷枪运动；控制柜置于通风橱外，控制柜用于控制机械手运动，实现机械手的准确定位及运动轨迹的一致与稳定，用于控制立式转台和卧式转台启动、停止及转动速度，用于控制喷枪的打开与关闭，用于控制输入喷枪的喷涂压力及雾化压力。
有益效果
本发明针对双组元液体火箭发动机推力室高温抗氧化涂层制备过程中的料浆喷涂工艺，设计一套可实现料浆自动喷涂的装置，替代原始的人工喷涂方法，杜绝人为因素造成的涂层均匀性、一致性难以控制的问题，借助机械手高精度定位及重复的特性，确保料浆涂层的均匀性、一致性及稳定性，明显提高高温烧结后抗氧化涂层的均匀性、批次一致性及应用可靠性。
本发明在于使用六自由度机械手夹持虹吸式喷枪，根据不同形状尺寸的发动机推力室通过控制柜控制喷枪移动轨迹及速度，通过控制柜调整立式转台或卧式转台转速，根据涂层厚度要求及单位时间出料量要求通过控制柜调整喷涂压力及雾化压力；采用搅拌器防止料罐内料浆沉淀；采用涡流测厚仪测试涂层厚度。
采用自动喷涂装置进行发动机推力室涂层制备，生产效率高、涂层厚度均匀、产品一致性好，能够实现多种尺寸推力室的内、外表面涂层制备。
采用本发明在推力室内外表面制备的涂层厚度误差及一致性可控制在±20μm以内。
附图说明
图1本发明的自动喷涂装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、喷枪、料罐、搅拌器、管路、机械手和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面，用于抽风除尘；防爆灯悬挂于通风橱顶，用于照明；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室装卡于立式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端，用于喷涂；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上，用于夹持喷枪及实现喷枪运动；控制柜置于通风橱外，控制柜用于控制机械手运动，实现机械手的准确定位及运动轨迹的一致与稳定，用于控制立式转台启动、停止及转动速度，用于控制喷枪的打开与关闭，用于控制输入喷枪的喷涂压力及雾化压力。
采用如下步骤在推力室内、外表面制备料浆涂层：
1）将尺寸为小口直径大口直径长度280mm的推力室装卡于立式转台，旋紧卡爪固定；
2）打开控制柜电源，空气压缩机电源，机械手电源，风道电源，防爆灯电源；
3）等待空气压缩机气压表示数高于0.5MPa，打开空气压缩机的输出阀门，调整压力为0.2MPa；
4）将配置好的料浆倒入料罐中，料罐安装至喷枪底部，打开搅拌器开关，防止料浆沉淀；
5）通过控制柜打开立式转台，调整转速为60r/min；
6）通过控制柜控制喷枪出口与推力室工件内表面距离10mm，出口延长线与内表面垂直，打开喷枪，喷枪保持上述距离及角度沿小端向大端移动，移动速度由10mm/s匀速降至2mm/s，移动至大端后关闭喷枪，喷涂结束；
7）喷涂完成一遍后进行烘干，关闭转台电源。用涡流测厚仪沿推力室母线均匀选取10点进行厚度测量并记录。
8）重复5），6），7）操作五遍，最终厚度值为250±10μm，满足生产技术要求。
9）喷涂完成后，关闭所有电源，取下工件。取下料罐及喷枪进行清洗。
实施例2
一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、喷枪、料罐、搅拌器、管路、机械手和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面，用于抽风除尘；防爆灯悬挂于通风橱顶，用于照明；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室根据需求，装卡于立式转台或卧式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端，用于喷涂；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上，用于夹持喷枪及实现喷枪运动；控制柜置于通风橱外，控制柜用于控制机械手运动，实现机械手的准确定位及运动轨迹的一致与稳定，用于控制立式转台和卧式转台启动、停止及转动速度，用于控制喷枪的打开与关闭，用于控制输入喷枪的喷涂压力及雾化压力。
1）将尺寸为小口直径大口直径长度280mm的推力室装卡于立式转台，旋紧卡爪固定；
2）打开控制柜电源，空气压缩机电源，机械手电源，风道电源，防爆灯电源；
3）等待空气压缩机气压表示数高于0.5MPa，打开空气压缩机的输出阀门，调整压力为0.2MPa；
4）将配置好的料浆倒入料罐中，料罐安装至喷枪底部，打开搅拌器开关，防止料浆沉淀；
5）通过控制柜打开立式转台，调整转速为60r/min；
6）通过控制柜控制喷枪出口与推力室工件外表面距离10mm，出口延长线与内表面垂直，打开喷枪，喷枪保持上述距离及角度沿小端向大端移动，移动速度由10mm/s匀速降至2mm/s，移动至大端后关闭喷枪，喷涂结束；
7）喷涂完成一遍后进行烘干，关闭转台电源。用涡流测厚仪沿推力室母线均匀选取10点进行厚度测量并记录。
8）重复5），6），7）操作五遍，最终厚度值为250±10μm，满足生产技术要求。
9）喷涂完成后，关闭所有电源，取下工件。取下料罐及喷枪进行清洗。
实施例3
一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、喷枪、料罐、搅拌器、管路、机械手和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面，用于抽风除尘；防爆灯悬挂于通风橱顶，用于照明；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室根据需求，装卡于立式转台或卧式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端，用于喷涂；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上，用于夹持喷枪及实现喷枪运动；控制柜置于通风橱外，控制柜用于控制机械手运动，实现机械手的准确定位及运动轨迹的一致与稳定，用于控制立式转台和卧式转台启动、停止及转动速度，用于控制喷枪的打开与关闭，用于控制输入喷枪的喷涂压力及雾化压力。
1）将尺寸为小口直径大口直径长度700mm的推力室装卡于卧式转台，旋紧卡爪固定；
2）打开控制柜电源，空气压缩机电源，机械手电源，风道电源，防爆灯电源；
3）等待空气压缩机气压表示数高于0.5MPa，打开空气压缩机的输出阀门，调整压力为0.2MPa；
4）将配置好的料浆倒入料罐中，料罐安装至喷枪底部，打开搅拌器开关，防止料浆沉淀；
5）通过控制柜打开立式转台，调整转速为90r/min；
6）通过控制柜控制喷枪出口与推力室工件内表面距离10mm，出口延长线与内表面垂直，打开喷枪，喷枪保持上述距离及角度沿小端向大端移动，移动速度由15mm/s匀速降至2mm/s，移动至大端后关闭喷枪，喷涂结束；
7）喷涂完成一遍后进行烘干，关闭转台电源。用涡流测厚仪沿推力室母线均匀选取10点进行厚度测量并记录。
8）重复5），6），7）操作四遍，最终厚度值为200±10μm，满足生产技术要求。
9）喷涂完成后，关闭所有电源，取下工件。取下料罐及喷枪进行清洗。

Claims (5)

1.一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，该装置包括喷枪和机械手，其特征在于：该装置还包括空气压缩机、通风橱、风道、防爆灯、立式转台、卧式转台、推力室、料罐、搅拌器、管路和控制柜；其中，空气压缩机置于通风橱外，空气压缩机通过管路为喷枪及搅拌器输入压缩空气；风道置于通风橱内并悬挂于侧壁面，用于抽风除尘；防爆灯悬挂于通风橱顶，用于照明；立式转台及卧式转台置于通风橱内并分别固定于地面上；推力室装卡于立式转台或卧式转台上；喷枪固定连接在机械手的臂端，用于喷涂；料罐悬挂于喷枪下方，为喷枪提供料浆；搅拌器的叶片置于料罐内，通过搅拌器搅动料浆防止沉淀；机械手置于通风橱外并固定于地面上，用于夹持喷枪及实现喷枪运动；控制柜置于通风橱外。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，其特征在于：控制柜用于控制机械手运动。
3.根据权利要求1所述的一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，其特征在于：控制柜用于控制立式转台和卧式转台启动、停止及转动速度。
4.根据权利要求1所述的一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，其特征在于：控制柜用于控制喷枪的打开与关闭。
5.根据权利要求1所述的一种用于发动机推力室涂层制备的自动喷涂装置，其特征在于：控制柜用于控制输入喷枪的喷涂压力及雾化压力。
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