MoSi2涂层制备对于双组元离心发动机的影响分析

涂覆在双组元发动机推力室表面的MoSi2涂层可以有效地防止金属基材在高温氧化氛围下形成低熔点的金属氧化物。通过真空离子镀和包渗硅化的制备方法,可以令MoSi2涂层更加致密和均匀,大大提高了涂层性能。其涂层试片在1800℃的静态高温下可以耐受20 h以上,远远优于传统挂浆和喷涂法制备的试片耐温指标。同时,该工艺方法制备的涂层表面更加光洁致密,在这种条件下更容易令冷却液膜铺展和生存,也更有利于实现液体蒸发换热,以实现发动机燃烧室头部的高效冷却。经实验验证,涂覆了该涂层的发动机在喉部1400℃以上的点火温度下,头部温度仅约100℃,并顺利通过了累计4万秒的寿命摸底考核,这对于发动机性能提升和延寿有重要意义。但是,在MoSi2涂层的制备过程中,钼层的厚度和均匀性控制以及包渗硅化工艺的匹配性都会对发动机可靠性有着重要影响。一旦有钼层残留在涂层内部,就会导致涂层扩散层结构异常,严重影响涂层的结合性和热匹配性,在点火中产生贯穿性裂纹而失效。失效位置往往位于推力室喉部下游,因为该位置较大的温度梯度和相对贫氧的环境导致涂层内部产生应力裂纹并难以自愈合。针对这个问题,必须通过控制钼层厚度、延长包渗时间和称重法检测等措施,以保证钼层足以形成足够厚度的涂层,同时实现完全的硅化而没有残留。通过这些措施可以提高涂层制备质量,保证发动机的工作可靠性。