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4140圆钢

作者: 来源: 日期:2019/10/23 8:45:36 人气:0

4140圆钢

 难熔金属包括钨、钼、钽、铌、铼,凭借其优异的高温力学性能,在航天领域有着广泛的应用,其中双组元液体火箭发动机推力室是其主要应用方向之一。发动机推力室燃料燃烧温度可达 2700℃,虽然在内壁采用了液膜冷却技术,但壁面温度仍然高于 1000℃,难熔金属在此环境下易发生氧化,如铌合金在 600℃以上就会发生灾难性氧化。因此,难熔金属表面必须涂覆高温抗氧化涂层进行防护。到目前为止,取得了广泛应用的高温抗氧化涂层主要有硅化物和贵金属涂层。

一.硅化物涂层。
硅化物涂层应用于高温氧化环境下,对基材起到良好的防护作用。抗氧化的并非是硅化物本身,而是硅化物氧化时在涂层表面形成的致密 SiO2层,其阻挡了氧向内扩散。除此之外,硅化物形成的 SiO2为玻璃相,在高温下具有流动性,能够弥补涂层氧化过程中产生的裂纹、孔洞等缺陷,进一步提高了硅化物在高温氧化环境下的防护能力,即所谓的“自愈合”能力。硅化物涂层在使用过程中,SiO2的形成和 Si 元素的损耗同时进行,随着时间延长,当生成的 SiO2不足以形成完整致密的表面层或者无法弥补涂层中不断增多的缺陷,氧就会渗透至基材导致其氧化,并失效破坏。

硅化物涂层是目前应用最为广泛的涂层,以美国的 R512A 和俄罗斯的 MoSi2为代表。R512A的主要成分为 Si-20Cr-5Ti,采用料浆烧结法制备于铌铪合金表面,80150μm的涂层防护寿命在 1371℃下为 100 h。此涂层应用R-4D等发动机上,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。

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二.Re(铼)基材/Ir(铱)涂层体系。

理论计算表明,Ir 涂层是 Re 表面抗氧化防护的理想涂层,寿命可完全满足使用需求。Re /Ir 推力室是目前使用温度最高并最具发展潜力的材料体系,这个体系抗氧化主要依靠其高熔点以及低氧渗透率,属于无化学反应的纯物理防护。其防护性能取决于材料熔点、挥发性氧化物生成的耗损速率及涂层与基材的互扩散速率。Re /Ir 材料的应用可行性来自两个方面一是 Ir 的熔点为2447℃,1200℃以上无氧化物生成,且2200℃下,氧渗透率仅有 10-14g·cm-1s-1二是 ReIr 热线膨胀系数接近,Re 6.63×10-6/K Ir6.4×10-6/K,保证了高温应用时二者之间的结合强度。对Re基材/Ir涂层的结构体系而言,其材料失效主要取决于二者的互扩散。由于 Re 抗氧化能力差,当Re扩散至Ir 涂层表面并且原子百分比超过20%时,Ir 涂层将迅速失效。我国航天材料及工艺研究所的粉末冶金/电弧沉积Re/Ir 推力室技术目前已具备短喷管制备能力,并通过300s地面试车,试车最高温度为2090℃,涂层完好。试样性能目前已达到2000℃下寿命不低于7 h2000℃到室温热震次数不低于 500次。

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