材料在高性能发动机上的应用
张绪虎
徐方涛石刚
闫旭波
（航天材料及工艺研究所，北京100076）
李海庆
文摘综述了高性能发动机用铱材料的基本性能、制备工艺以及应用现状。镍材料具备优异的高温力学性能，作为燃烧室基材使用，铱材料具备优异的高温抗氧化性能，作为基材表面防护涂层使用，许用工作温度高达2200℃，而铱涂层失效主要由于扩散至表面发生氧化，因此涂层厚度及致密性是影响涂层寿命的关键因素。铢铱材料制备均有多种工艺可以实现，包括化学气相况积、物理气相沉积、粉末冶金、熔盐电铸等，其中美国采用CVD工艺制备的镍铱材料445N发动机R-4D-14成功应用于休斯通讯702卫星，国内采用粉末冶金和物理气相况积制备的镍铱材料燃烧室通过了25000s试车考核。
关键词镍，铱，发动机推力室，化学气相沉积，熔盐电铸，粉末冶金
中图分类号：TG14
D0I;10.3969/j.issn. 10072330.2016.01.006
RheniumandIridiumMaterialsUsedonHighPerformanceRocketEngine
ZHANGXuhu
XUFangtao
SHIGang
YANXubo
LIHaiqing
(Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology,Beijing100076)
Abstract The paper overviews the properties, manufacturing processing and application of rhenium and iridium materials. Rhenium is used as substrate of combustion chamber because of excellent performance at high temperature. Iridium is used as oxidation resistant coating and still credible at 2 200 , which is failure as rhenium diffusing from interface to surface. Rhenium/Iridium (Re/Ir) thrust chamber can be manufactured by different processing methods, such as CVD, PVD, PM, EL-forming, etc. The R4D14 445 N high performance liquid apogee engine which man-ufactured by CVD was flight qualified for the Hughes Space and Communications 702 satellite in USA. In China, the Re/lr combustion chamber manufactured by PM and PVD took hot fire test and had capability to operate in excess 25 000swithout failure.
Key wordsRhenium, Iridium,Thrust chamber, CVD,EL-forming,PM
0引言
空间双组元液体火箭发动机为适应快响应、多脉冲的工作特点，大多采用N,O./MMH或N,O,/N,H 为推进剂，推力室壁面冷却一般联合采用液膜冷却和辐射冷却两种方式。对于高性能发动机，冷却液膜的低效燃烧已成为发动机比冲偏低的第一影响和制约因素。因此，提高发动机比冲的有效手段之一是降低冷却液流比例，提高燃烧效率。但比冲提高的同时，发动机燃烧室壁面温度会明显上升，对材料的高温力学性能及高温抗氧化性能提出了更高的要求。
发动机推力室材料在发展的过程中，形成了一系列材料体系，主要以难熔金属合金材料为基材表面涂
收稿日期：2015-11-02
覆高温抗氧化涂层]。锟合金涂覆硅化物涂层，使用温度可达1600℃，是目前型号应用最为广泛的材料体系，主要包括美国采用的C103锯铪合金涂覆 R512A、R512E涂层2)俄罗斯的Nb521钨合金涂覆MoSi，涂层。铂佬合金由于其本身的抗氧化性能，不需要涂层防护，使用温度接近1800℃，在欧洲的部分型号得到应用，但是由于材料成本较高，限制了其应用[3-4)。目前性能最高的材料体系为基材涂覆铱涂层，使用温度达到2200℃，制备的发动机比冲较合金材料发动机可提高5~10s，使用该材料的发动机甚至可以取消冷却液膜，大幅提高发动机性能的同时又避免了羽流污染，因此，铱材料的应用具有
作者简介：张绪虎，1966年出生，研究员，主要从事金属材料方面的研究工作。E-mail：zxh33605@sina.com
宇航材料工艺http://www.yhclgy.com2016年第1期万方数据
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