本发明涉及航空火箭喷管，具体是涉及一种复合夹层喷管的可行性成型方法。
背景技术：
1、喷管是火箭发动机的一个重要部件，它是通过改变管段内壁的几何形状使推进剂燃烧产物膨胀加速，从而使发动机获得推进动力。燃烧使气体膨胀，同时也提高了气体的温度。主燃烧室内，气体的温度可高达3500k，目前发动机冷却的主流是夹层再生冷却喷管；
2、目前再生冷却喷管的成型方法主要有两种，一是传统的“铸造—锻造—机加工—扩散焊接”工艺，该工艺生产周期长，材料利用率低，主要是因为该方案的锻造和扩散焊接时间较长，且整个成型过程工序多，生产周期需要3个月以上；该方案锻造后加工余量大，需要机加工去除，材料利用率不超过10％；二是选择例如电子束打印和激光打印的“3d打印”技术，该技术可制备复杂结构零件，但其缺点也很明显，其打印速度慢，仅为3-5g/min，其打印技术不够成熟，需要结合热等静压工艺进行致密化处理；基于此，我们亟需制备速度快，冷却效果好，材料利用率高且工艺可重复性好的成型方法来制备再生冷却火箭喷管组件。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合夹层喷管的可行性成型方法。
2、本发明的技术方案是：一种复合夹层喷管的可行性成型方法，包括以下步骤：
3、s1、合金粉末准备：将cucrzr合金雾化粉末和镍粉在真空干燥箱内分别进行干燥处理，干燥完成后随炉冷却，随后进行超声振动处理，最后通过270目筛网进行筛分，取筛下物，得到预处理cucrzr合金粉末和预处理镍粉；
4、s2、冷喷涂：将上述预处理cucrzr合金粉末和预处理镍粉装至送粉器，并按照设置好的参数在铝基体上进行喷涂，获得喷管内衬的毛坯件；
5、s3、机加工：在步骤s2获得的喷管内衬的毛坯件表面机加工出槽道，得到半成品喷管内衬；
6、s4、表面处理：将步骤s3得到的所述半成品喷管内衬上的槽道用可溶性填充物进行封堵，并通过冷喷涂在半成品喷管内衬的外表面继续喷涂cucrzr合金雾化粉末和镍粉，依次生成cucrzr夹层、镍夹层，得到经表面处理的喷管内衬，并机加工去除喷管内衬内的铝基体；
7、s5、扩散焊接：将提前准备好的两个不锈钢外壁与步骤s4获得的所述表面处理的喷管内衬1进行装配，并利用手工氩弧焊将歧管与喷管上下端及不锈钢外壁焊接，通过歧管上的真空管抽真空至1×10-3～1×10-2pa，随后焊接封合，通过热等静压机对喷管内外壁组件进行热等静压扩散焊接，热等静压扩散焊接完成后，得到带包套的喷管组件；
8、s6、后处理：通过机加工去除余量，得到带有不锈钢外壁的喷管成品。
9、进一步地，所述步骤s1中，cucrzr合金雾化粉末和镍粉干燥时长为4-10h，真空干燥箱内真空度为1×10-4～1×10-3pa，真空干燥箱内温度为100-180℃；
10、说明：干燥可以减少原料粉末的湿度，防止在成型过程中出现流淌、粘连、塌陷等问题，从而提高成型质量，干燥可以使原料粉末更加紧密，减少成型过程中的摩擦和阻力，从而提高成型速度，原料粉末中的水分会在成型过程中蒸发，可能会导致表面缺陷、气孔和收缩等问题。通过干燥可以减少这些缺陷的出现。
11、进一步地，所述步骤s1中，超声振动处理时长为5-10min，超声振动频率为35-40khz，超声振动偏离角度为8-10°；
12、说明：超声振动可以使成型质量更加均匀和稳定，从而提高成型质量和可靠性。
13、进一步地，所述步骤s2中，冷喷涂喷管内壁的打印参数设置为：喷涂温度为350-600℃，喷涂气体为氮气，气体压力为3-7mpa，预处理cucrzr粉末和纯镍粉末的送粉量为150-350g/min，喷嘴到基材表面的距离为20-40mm；
14、说明：冷喷涂是一种固态沉积技术，其过程是将粉末预热注入高温惰性载气中，由喷嘴加速至超音速，击射到基板发生塑性变形，形成致密层并牢固附着。冷喷涂技术制备的样品具有氧化物含量低、热应力小、硬度高、结合强度好，可将喷涂材料的组织结构在不发生变化的条件下转移到基体表面等优点，在制备复杂结构材料的复合技术方面也发挥很大的作用。
15、进一步地，所述步骤s4中，所述表面处理的方法为：用可溶性填充物封堵槽道，保证可溶性填充物的高度与肋高等高，并继续冷喷涂cucrzr粉末至3-8mm，生成cucrzr夹层，再使用送气器喷涂镍层，厚度为3-5mm，生成镍夹层，随后对所述槽道加热至可溶性填充物完全熔化后流出，用去离子水清洗3-5次以去除槽道中的可溶性填充物；
16、说明：上述设置通过对槽道封堵后再进行冷喷涂的喷涂效率更高，冷喷涂的镍主要是帮助焊接过程更快进行，有效提升焊接效果。
17、进一步地，所述可溶性填充物为能够化学溶解的纯金属或合金；
18、说明：选用纯金属或合金作为填充物能够进一步避免引入新的杂质，从而降低对焊接效果的干扰。
19、进一步地，所述步骤s5中，在通过热等静压机对喷管内外壁组件进行热等静压扩散焊接前，先向喷管内壁进行第一次脉冲等离子体爆炸处理，然后向喷管外壁进行第二次脉冲等离子体爆炸处理，处理完成后在20-25℃的温度下对喷管进行超声水浴处理20-25min并充分干燥，然后通过热等静压机对喷管内外壁组件进行热等静压扩散焊接处理；
20、其中，所述第一次脉冲等离子体爆炸处理的脉冲能量为35-45j，冲击频率为8-15次/秒，等离子体温度为230-270℃；所述第二次脉冲等离子体爆炸处理的脉冲能量为20-30j，冲击频率为8-15次/秒，等离子体温度为200-230℃；
21、所述热等静压扩散焊接的温度为900-1000℃，扩散焊接的压力为100-150mpa，扩散焊接的时长为2-8h，处理过程中每隔25-30min向所述喷管内外壁喷涂一次抗氧化剂，所述抗氧化剂的总涂覆厚度为1-1.5mm；
22、说明：热等静压扩散焊接在高温且施压均匀的情况下进行，使焊缝区域的金属材料与母材等强度，韧性也相当优异，热等静压扩散焊接能够使焊接接头的形状和尺寸得到精确控制，从而减少了焊接接头的变形和缺陷，提高了焊接接头的质量和可靠性；
23、脉冲等离子体爆炸处理能够有效地去除喷管表面的污垢和氧化物，而超声波清洗能够进一步清洁喷管表面微小缝隙和凹槽等难以接触的区域，通过两步清洁处理，可以显著提高喷管表面的洁净度，为后续的热等静压扩散焊接创造良好的表面条件，同时脉冲等离子体爆炸处理和超声波清洗能够有效增强表面活性，有利于改善喷管与铜铬锆层、镍层之间的润湿性和结合力，使得焊接接头质量得到改善，从而提高焊接接头的强度、致密性和耐久性；同时抗氧化剂的加入能够减少后续对喷管成品热处理的操作，提升制备效率。
24、进一步地，所述抗氧化剂按照质量百分比计包括：85-90％的醋酸钠、0.3-0.5％的硼酸酯、0.05-0.1％的柠檬酸磷酸二氢钠以及余量的陶瓷颗粒；
25、说明：上述成分的抗氧化剂可以减缓铜铬锆层和镍层在高温下的氧化速率，降低元素扩散的阻力，促进接头元素的相互渗透和扩散，从而提高焊接接头的强度和致密性；乙酸钠在金属焊接过程中还可以降低元素扩散的阻力，促进接头元素的相互渗透和扩散，檬酸磷酸二氢钠可以进一步降低材料的表面张力，同时还可以改善材料的耐腐蚀性和抗氧化性，陶瓷颗粒可以增加焊接区的致密度，减少气孔和夹杂物的形成，进一步改善扩散焊接质量，通过上述各成分制备得到的抗氧化剂具备消除内应力和改善工件表面质量的功效；cucrzr合金粉末和镍粉之间可能会形成ni3al、ni3zr等这些具有较好的热稳定性和抗氧化性的金属间化合物，能够降低元素扩散的阻力，进一步促进接头元素的相互渗透和扩散。
26、进一步地，所述步骤s6中的喷管成品从喷管内衬1到不锈钢外壁2依次为带槽道的冷喷涂内壁、cucrzr层、镍层和不锈钢外壁2；
27、说明：复合夹层喷管的新设计可提高冷却效果，提高连接可靠性。
28、本发明的有益效果是：
29、(1)本发明所述复合夹层喷管的成型方法采用的“冷喷涂复合夹层喷管”这种方案，相比“3d打印技术”，创新性在于制备速度快，送粉量可达到300g/min，材料利用率高，沉积率可达到95％以上，且工艺可重复性好；另外冷喷涂可轻松实现喷管结构优化，通过冷喷涂技术和扩散焊接的有益结合，可在提高冷却效果的同时显著缩短生产周期。
30、(2)本发明扩散焊接方法相较于常规的热等静压扩散焊接能够有效增强表面活性，从而利于喷管与铜铬锆层、镍层之间的润湿和结合，使得焊接接头质量得到改善，进一步提高焊接接头的强度、致密性和耐久性；同时抗氧化剂的加入能够在避免材料发生氧化影响到焊接质量的同时起到省略后续对喷管成品热处理操作的目的，从而提升制备效率。
1.一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述步骤s1中，cucrzr合金雾化粉末和镍粉干燥时长为4-10h，真空干燥箱内真空度为1×10-4～1×10-3pa，真空干燥箱内温度为100-180℃。
3.如权利要求1所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述步骤s1中，超声振动处理时长为5-10min，超声振动频率为35-40khz，超声振动偏离角度为8-10°。
4.如权利要求1所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述步骤s2中，冷喷涂喷管内壁的打印参数设置为：喷涂温度为350-600℃，喷涂气体为氮气，气体压力为3-7mpa，预处理cucrzr粉末和纯镍粉末的送粉量为150-350g/min，喷嘴到基材表面的距离为20-40mm。
5.如权利要求1所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述表面处理的方法为：用可溶性填充物封堵槽道(11)，保证可溶性填充物的高度与肋高等高，并继续冷喷涂cucrzr粉末至3-8mm，生成cucrzr夹层(12)，再使用送气器喷涂镍层，厚度为3-5mm，生成镍夹层(13)，随后对所述槽道(11)加热至可溶性填充物完全熔化后流出，用去离子水清洗3-5次以去除槽道(11)中的可溶性填充物。
6.如权利要求5所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述可溶性填充物为能够化学溶解的纯金属或合金。
7.如权利要求1所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述步骤s5中，在通过热等静压机对喷管内外壁组件进行热等静压扩散焊接前，先向喷管内壁进行第一次脉冲等离子体爆炸处理，然后向喷管外壁进行第二次脉冲等离子体爆炸处理，处理完成后在20-25℃的温度下对喷管进行超声水浴处理20-25min并充分干燥，然后通过热等静压机对喷管内外壁组件进行热等静压扩散焊接处理；
8.如权利要求7所述的一种复合夹层喷管的可行性成型方法，其特征在于，所述抗氧化剂按照质量百分比计包括：85-90％的醋酸钠、0.3-0.5％的硼酸酯、0.05-0.1％的柠檬酸磷酸二氢钠以及余量的陶瓷颗粒。
