CN112853250B - 一种组合燃气舵构件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种组合燃气舵构件的制备方法，本发明属于火箭姿态控制技术领域，它为了解决现有燃气舵的舵轴由于高温影响而发生弯曲变形的问题。制备方法：一、根据实际构件的形状加工舵体、舵轴及插销；二、对舵轴进行喷砂处理；三、采用等离子喷涂方法在喷砂后的舵轴表面依次喷涂过渡层和隔热层；四、将舵体、舵轴和插销装配成燃气舵组合构件后放入石墨胎膜中；五、利用压力浸渗法将合金浸渗入燃气舵组合构件中，冷却后脱模，得到组合燃气舵构件。本发明金属舵轴表面利用等离子喷涂方法制备热障涂层，热障涂层由于较低的热导率，可以抑制金属舵轴的升温，防止其因温度过高而导致强度大幅下降。

Description

一种组合燃气舵构件的制备方法
技术领域
本发明属于火箭姿态控制技术领域，具体涉及一种燃气舵构件的制备方法。
背景技术
燃气舵是飞行器的姿态控制部件，其功能是在飞行过程中改变发动机燃气流，以此产生改变飞行器飞行的侧向控制力。燃气舵主要应用于飞行器刚发射的慢速情况下的迅速转向，以及大气层外的姿态控制。
目前高速飞行器的舵体采用C/C及C/C-SiC复合材料、高温陶瓷材料等耐烧蚀材料，舵轴主要采用高温合金。中国发明专利CN201710188934.6，发明名称为《耗散放热复合材料与金属材料一体化镶嵌制备方法》中公开了一种耗散防热复合材料与金属材料一体化镶嵌制备方法，但在实际使用过程中，发生燃气高温向舵轴传导，导致舵轴温度升高强度下降，进而变形失效的情况，所以需要亟待优化改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有燃气舵的舵轴由于高温影响而发生弯曲变形的问题，而提供一种组合燃气舵构件的制备方法。
本发明组合燃气舵构件的制备方法按照以下步骤实现：
一、根据实际构件的形状加工舵体、舵轴及插销；
二、对舵轴进行喷砂处理，得到喷砂后的舵轴；
三、采用等离子喷涂方法在喷砂后的舵轴表面依次喷涂过渡层和隔热层，从而在喷砂后的舵轴表面形成热障涂层；
四、将舵体、步骤三得的舵轴和插销装配成燃气舵组合构件后放入石墨胎膜中；
五、利用压力浸渗法将合金浸渗入燃气舵组合构件中，冷却后脱模，得到组合燃气舵构件；
其中，步骤三所述的过渡层为NiCrAlY或CoCrAlY，隔热层为3Y-ZrO2或8Y-ZrO2。
本发明所述的组合燃气舵构件是以具有一定孔隙的碳基体(石墨或C/C)为舵体，以高温下具有较好力学性能的金属材料(耐热钢、高温合金或Mo基W基合金)为舵轴及插销，采用压力浸渗技术复合而成，其中金属舵轴表面利用等离子喷涂方法制备热障涂层。热障涂层由于较低的热导率，可以抑制金属舵轴的升温，防止其因温度过高而导致强度大幅下降。
附图说明
图1为本发明组合燃气舵构件的主视结构示意图；
图2为本发明组合燃气舵构件的侧视结构示意图；
图3为图2中A-A的截面结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式组合燃气舵构件的制备方法按照以下步骤实现：
一、根据实际构件的形状加工舵体、舵轴及插销；
二、对舵轴进行喷砂处理，得到喷砂后的舵轴；
三、采用等离子喷涂方法在喷砂后的舵轴表面依次喷涂过渡层和隔热层，从而在喷砂后的舵轴表面形成热障涂层；
四、将舵体、步骤三得的舵轴和插销装配成燃气舵组合构件后放入石墨胎膜中；
五、利用压力浸渗法将合金浸渗入燃气舵组合构件中，冷却后脱模，得到组合燃气舵构件；
其中，步骤三所述的过渡层为NiCrAlY或CoCrAlY，隔热层为3Y-ZrO2或8Y-ZrO2。
本实施方式在舵轴表面制备热障涂层，热障涂层由过渡层和隔热层组成，降低舵轴温升，结合异种材料镶嵌一体化制备方法其工艺简单，成本低、可解决燃气舵轴强度不能满足设计要求的问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中舵体的材质为石墨或C/C复合材料。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是舵体为密度为1.8～1.95g/cm3的石墨。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中舵轴和插销为耐热钢、Mo基高温合金、W基高温合金、Ni基高温合金或Ti基高温合金。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中控制喷砂处理工艺为：石英砂粒度为1～2mm，压缩空气压力0.2～0.7Mpa。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中过渡层的厚度为0.1～0.2mm，隔热层的厚度为0.2～0.4mm。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四中将舵轴1插入舵体2内，插销3插入舵体2内并穿过舵轴1，所述插销3为板片状。
本实施方式插销为片状，具有一定的宽度，能够改善舵面受力，提高舵的承载能力。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤五中浸渗所用的合金为AlSiZr三元合金。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中燃气舵组合构件涂刷脱模剂后再放入石墨胎膜中。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤五中将AlSiZr三元合金加热至750～900℃，然后倒入模具中，放上石墨压头，利用压力机施加20MPa～50Mpa的压力，并保压5～10分钟。
实施例：本实施例组合燃气舵构件的制备方法按照以下步骤实现：
一、根据实际构件的形状加工舵体、舵轴及插销，其中舵轴和插销的材质为Ni基高温合金，舵体的材质为C/C复合材料，C/C复合材料的密度为1.7g/cm3；
二、对Ni基高温合金舵轴表面喷砂处理，提高表面粗糙度，其中喷砂工艺为：石英砂粒度为1mm，压缩空气压力为0.4Mpa，得到喷砂后的舵轴；
三、采用等离子喷涂方法在喷砂后的舵轴表面依次喷涂过渡层和隔热层，从而在喷砂后的舵轴表面形成热障涂层；
四、将舵体、步骤三得的舵轴和插销装配成燃气舵组合构件后放入石墨胎膜中；
五、将模具在箱式电阻炉中加热至650℃，将Al20Si合金加热至840℃，将合金倒入模具中，放上石墨压头，利用压力机施加40MPa压力，并保压10分钟，利用压力浸渗法将合金浸渗入燃气舵组合构件中，冷却后脱模，得到组合燃气舵构件；
其中，步骤三所述的过渡层为NiCrAlY，厚度为0.1mm；隔热层为8Y-ZrO2，厚度0.3mm。
本实施例也可在插销表面采用等离子喷涂方法形成热障涂层。
在燃气舵工作过程中，燃气舵舵面受高温高速气流冲击，温度达3000多度以上，本实施例由于舵轴和插片上有热障涂层，将有效抑制其升温速度，从而避免由于温度过高而使强度下降造成的燃气舵失效。

Claims (9)

1.组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤实现：
一、根据实际构件的形状加工舵体、舵轴及插销；
二、对舵轴进行喷砂处理，得到喷砂后的舵轴；
三、采用等离子喷涂方法在喷砂后的舵轴表面依次喷涂过渡层和隔热层，从而在喷砂后的舵轴表面形成热障涂层；
四、将舵体、步骤三得的舵轴和插销装配成燃气舵组合构件后放入石墨胎膜中；
五、利用压力浸渗法将合金浸渗入燃气舵组合构件中，冷却后脱模，得到组合燃气舵构件；
其中，步骤一中舵轴和插销为耐热钢、Mo基高温合金、W基高温合金、Ni基高温合金或Ti基高温合金；步骤三所述的过渡层为NiCrAlY或CoCrAlY，隔热层为3Y-ZrO2或8Y-ZrO2。
2.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤一中舵体的材质为石墨或C/C复合材料。
3.根据权利要求2所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于舵体为密度为1.8～1.95g/cm3的石墨。
4.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤二中控制喷砂处理工艺为：石英砂粒度为1～2mm，压缩空气压力0.2～0.7Mpa。
5.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤三中过渡层的厚度为0.1～0.2mm，隔热层的厚度为0.2～0.4mm。
6.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤四中将舵轴(1)插入舵体(2)内，插销(3)插入舵体(2)内并穿过舵轴(1)，所述插销(3)为板片状。
7.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤五中浸渗所用的合金为AlSiZr三元合金。
8.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤四中燃气舵组合构件涂刷脱模剂后再放入石墨胎膜中。
9.根据权利要求1所述的组合燃气舵构件的制备方法，其特征在于步骤五中将AlSiZr三元合金加热至750～900℃，然后倒入模具中，放上石墨压头，利用压力机施加20MPa～50Mpa的压力，并保压5～10分钟。
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