JP2504325B2 - Rocket engine combustion chamber - Google Patents
Rocket engine combustion chamberInfo
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- JP2504325B2 JP2504325B2 JP2301384A JP30138490A JP2504325B2 JP 2504325 B2 JP2504325 B2 JP 2504325B2 JP 2301384 A JP2301384 A JP 2301384A JP 30138490 A JP30138490 A JP 30138490A JP 2504325 B2 JP2504325 B2 JP 2504325B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロケットエンジン燃焼室に関する。The present invention relates to a rocket engine combustion chamber.
従来、ロケットエンジン燃焼室はニッケル等の電鋳に
より製造されているが、特に大口径のロケットエンジン
燃焼室では、強度や耐熱性を向上させるため、ニッケル
等の電鋳で形成された燃焼室の内面に更にジルコニア、
イットリア、セリア等のセラミック溶射層を形成するこ
とが行われている。Conventionally, rocket engine combustion chambers are manufactured by electroforming nickel, etc., but especially in large-diameter rocket engine combustion chambers, in order to improve strength and heat resistance, Zirconia on the inside,
A ceramic sprayed layer of yttria, ceria, etc. is formed.
しかし、燃焼室の内面にセラミック溶射層を形成する
ことは、セラミック溶射層と燃焼室を形成するニッケル
等の金属との密着性が本質的に悪いので、ロケット推進
薬の燃焼開始時における燃焼室内面の急激な温度上昇に
よってセラミック溶射層がスポーリングし、剥落した
り、亀裂が発生したりする場合が非常に多く、耐久性の
問題が生じる。このため、超高速で噴出する燃焼ガスに
対してセラミック溶射層が持つ断熱性能、耐摩耗性能が
十分発揮できないものであった。However, when a ceramic sprayed layer is formed on the inner surface of the combustion chamber, the adhesion between the ceramic sprayed layer and a metal such as nickel forming the combustion chamber is essentially poor. In many cases, the ceramic sprayed layer spalls due to a rapid temperature rise on the surface, and peeling off or cracking occurs, which causes a problem of durability. For this reason, the thermal insulation performance and the wear resistance performance of the ceramic sprayed layer against the combustion gas ejected at an extremely high speed cannot be sufficiently exhibited.
一方、小口径のロケットエンジン燃焼室にあっては、
燃焼室の内面にセラミック溶射することが困難であっ
た。On the other hand, in a small-caliber rocket engine combustion chamber,
It was difficult to spray ceramics on the inner surface of the combustion chamber.
本発明者らは、上記の点に鑑み、先に、金属製ロケッ
トエンジン燃焼室体を形成する金属母材中に断熱材粒子
を均一にかつ該燃焼室体の内面から外面に向かうに従い
共析量が漸次減少するように共析させたことを特徴とす
るロケットエンジン燃焼室を提案した（特開平２−2715
1号公報）が、更に銅，ニッケル等を燃焼室本体とする
ロケット燃焼室に有効な機能を付与することが望まれ
る。In view of the above points, the inventors of the present invention firstly elute the heat insulating material particles uniformly in the metal base material forming the metal rocket engine combustion chamber body and from the inner surface to the outer surface of the combustion chamber body. A rocket engine combustion chamber characterized by eutectoid so that the amount thereof gradually decreases was proposed (JP-A-2-2715).
It is desired that the rocket combustion chamber having copper, nickel or the like as the combustion chamber main body has an effective function.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐摩耗
性、耐久性に優れ、耐久性が良好であり、かつ冷却効率
が高く、冷却機構を小型化し得るロケットエンジン燃焼
室を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a rocket engine combustion chamber that has excellent wear resistance, durability, good durability, high cooling efficiency, and a small cooling mechanism. To aim.
本発明は、上記目的を達成するため、金属製ロケット
エンジン燃焼室本体の内面に、金属めっき皮膜をマトリ
ックスとし、該マトリックス中にジルコニアとセリア又
はセリア・イットリアとの固溶体粒子からなる断熱材粒
子が上記本体側から内側に向かうに従って共析量が増大
するように共析した複合めっき皮膜を形成したものであ
る。The present invention, in order to achieve the above object, on the inner surface of the metal rocket engine combustion chamber body, a metal plating film as a matrix, the heat insulating material particles consisting of solid solution particles of zirconia and ceria or ceria yttria in the matrix. The composite plating film is formed so that the amount of eutectoid increases from the main body side to the inner side.
本発明のロケットエンジン燃焼室は、このようにロケ
ットエンジン燃焼室本体の内面に金属めっき皮膜（マト
リックス）中に上記断熱材粒子が共析され、かつその共
析量が燃焼室本体側から内側にかけて増大する傾斜機能
を有する複合めっき皮膜を形成したので、燃焼室の内面
側での高熱を断熱材粒子で遮断すると共に、断熱材粒子
が共析される金属マトリックスを介して外側の金属製燃
焼室本体より冷却剤によって熱を逃すものであり、それ
故金属の熱伝導性を損なうことなく、断熱材粒子の断熱
効果を十分に発揮させ、冷却剤として使用するロケット
推進薬の沸騰を防止し、冷却効率を高めることができ
る。In the rocket engine combustion chamber of the present invention, the heat insulating material particles are thus eutectoid in the metal plating film (matrix) on the inner surface of the rocket engine combustion chamber body, and the amount of eutectoid is from the combustion chamber body side to the inner side. Since the composite plating film having an increasing gradient function is formed, high heat on the inner surface side of the combustion chamber is blocked by the heat insulating material particles, and at the same time, the outer metal combustion chamber is interposed via the metal matrix in which the heat insulating material particles are co-deposited. The heat is released from the main body by the coolant, and therefore the thermal conductivity of the metal is not impaired, the heat insulating effect of the heat insulating particles is sufficiently exerted, and the rocket propellant used as the coolant is prevented from boiling. The cooling efficiency can be increased.
しかも、金属めっき皮膜中に上記断熱材粒子が共析さ
れてなる複合めっき皮膜は、燃焼室本体側の断熱材粒子
の共析量が少なく、内側の断熱材粒子の共析量が多いも
のであり、かつ断熱材粒子は金属めっき皮膜中に一体的
に埋設状態で共析されている。このため、複合めっき皮
膜と燃焼室本体とは、断熱材粒子量が少なく、複合めっ
き皮膜の金属マトリックスと燃焼室本体を形成する金属
材とが十分に接合される状態となるので、非常に密着性
が良く、セラミック溶射層を形成する場合と比較して、
燃焼室内面での急激な温度上昇が生じても、複合めっき
皮膜が剥落したり亀裂が生じたりすることがない。一
方、複合めっき皮膜の内側は断熱材粒子量が多いので、
断熱材粒子の断熱効果が良好に発揮され、且つ超高速で
噴出する燃焼ガスに対する耐摩耗性、耐久性が優れたも
のである。しかも、断熱材粒子はマトリックス中に埋め
込まれているので、断熱材粒子の脱落もない。Moreover, the composite plating film in which the above-mentioned heat insulating material particles are co-deposited in the metal plating film has a small amount of eutectoid particles of heat insulating material on the combustion chamber body side and a large amount of eutectoid particles of inner heat insulating material. In addition, the heat insulating material particles are co-deposited in a state of being integrally embedded in the metal plating film. For this reason, the composite plating film and the combustion chamber body have a small amount of heat insulating material particles, and the metal matrix of the composite plating film and the metal material forming the combustion chamber body are sufficiently bonded, resulting in very close contact. Good, compared to the case of forming a ceramic sprayed layer,
Even if the temperature rises rapidly inside the combustion chamber, the composite plating film does not peel off or crack. On the other hand, since the inside of the composite plating film has a large amount of heat insulating material particles,
The heat-insulating effect of the heat-insulating material particles is excellently exhibited, and the heat-resistant particles have excellent wear resistance and durability against combustion gas ejected at an ultrahigh speed. Moreover, since the heat insulating material particles are embedded in the matrix, the heat insulating material particles do not fall off.
この場合、複合めっき皮膜にこのような傾斜機内を持
たせず、燃焼室本体の内面に直接断熱材粒子が多量に共
析した複合めっき皮膜を形成した場合には、燃焼室本体
と複合めっき皮膜との界面で強度、機械的特性、耐熱性
が著しく相違し、物理的特性値が急変するので、機械的
応力、熱的応力が該界面に集中する。このため、ロケッ
トエンジンの超高速燃焼ガスに耐え得ず、亀裂等が生じ
るおそれがあり、断熱作用、冷却作用を保証し得ない場
合があるが、本発明の複合めっき皮膜は断熱材粒子が燃
焼室本体側から内側にかけて増加する傾斜機能を有する
ため、強度、機械的特性や耐熱性などの物理的特性が本
体側から内側にかけて変化していくものであり、かつ燃
焼室本体と複合めっき皮膜との界面で大きな物理的特性
の変化がない。従って部分的に機械的応力、熱的応力が
集中するようなことがなく、燃焼ガスを確実に受けと
め、断熱作用冷却作用を保障する支持機能に優れている
ものである。In this case, when the composite plating film does not have such an inclining machine and a composite plating film in which a large amount of heat insulating material particles is co-deposited is formed directly on the inner surface of the combustion chamber body, the combustion chamber body and the composite plating film are formed. Since the strength, mechanical properties, and heat resistance are remarkably different at the interface with and the physical property values change abruptly, mechanical stress and thermal stress concentrate at the interface. Therefore, it may not be able to withstand the ultra-high-speed combustion gas of the rocket engine, cracks, etc. may occur, and the heat insulating action and cooling action may not be guaranteed, but in the composite plating film of the present invention, the heat insulating material particles burn. Since it has a gradient function that increases from the chamber body side to the inside, physical properties such as strength, mechanical properties and heat resistance change from the body side to the inside, and the combustion chamber body and the composite plating film No significant change in physical properties at the interface. Therefore, the mechanical stress and the thermal stress are not locally concentrated, the combustion gas is reliably received, and the support function for ensuring the adiabatic action and cooling action is excellent.
それ故、本発明によれば、十分な冷却効率を確保しつ
つ、十分な断熱効果を発揮させることができ、しかも燃
焼室本体の肉厚を薄くして軽量化を図り、その冷却機能
を小型化し、燃焼噴射機構全体の軽量化を図ることがで
きると共に、冷却剤の沸騰を防止して冷却効率を高め、
十分な断熱効果を発揮させることができる。また、本発
明において、上記複合めっき皮膜は通常のめっき手法に
より形成できるので、大口径の燃焼室は勿論、小口径の
燃焼室にも適用することができる。この場合、かかる傾
斜機能を有する複合めっき皮膜は、上記断熱材粒子を分
散しためっき液のめっき条件、即ちめっき液組成、pH、
陰極電流密度、撹拌、めっき温度をコントロールし、或
いは断熱材粒子のめっき液中への分散量をコントロール
することにより、断熱材粒子のめっき皮膜への共析量を
コントロールすることができ、従ってめっき中にこれら
の条件、粒子分散量を変化させることにより、上述した
傾斜機能を有するめっき皮膜が簡単かつ確実に製造し得
るものである。Therefore, according to the present invention, a sufficient heat insulating effect can be exhibited while ensuring sufficient cooling efficiency, and further, the thickness of the combustion chamber main body is reduced to reduce the weight thereof, and the cooling function thereof is small. It is possible to reduce the weight of the combustion injection mechanism as a whole and to prevent the boiling of the coolant to improve the cooling efficiency.
It is possible to exert a sufficient heat insulating effect. Further, in the present invention, since the composite plating film can be formed by a usual plating method, it can be applied not only to a combustion chamber having a large diameter but also to a combustion chamber having a small diameter. In this case, the composite plating film having such a gradient function, the plating conditions of the plating solution in which the heat insulating material particles are dispersed, that is, the plating solution composition, pH,
By controlling the cathode current density, stirring, plating temperature, or by controlling the dispersion amount of the heat insulating material particles in the plating solution, the amount of eutectoid particles of the heat insulating material on the plating film can be controlled, and thus plating can be performed. By changing these conditions and the amount of dispersed particles, the plating film having the above-mentioned gradient function can be easily and surely produced.
以下、本発明につき更に詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明に係るロケットエンジン燃焼室は、図面に示し
たように金属製ロケットエンジン燃焼室本体１の内面に
断熱材粒子が共析した複合めっき皮膜２を形成したもの
であり、該複合めっき皮膜２は金属めっき皮膜からなる
マトリックス３中に断熱材粒子４を本体１側から内側に
むかうに従ってその共析量が増大するように共析させた
ものである。As shown in the drawings, the rocket engine combustion chamber according to the present invention comprises a metal rocket engine combustion chamber main body 1 on which a composite plating film 2 in which heat insulating material particles are co-deposited is formed. Is obtained by co-depositing heat-insulating material particles 4 in a matrix 3 composed of a metal plating film so that the amount of co-deposition increases as it goes inward from the body 1 side.
ここで、上記本体１としては、銅,Cu−Zn,Cu−Zn−Sn
等の銅合金、ニッケル,Ni−P,Ni−B,Ni−Co,Ni−Fe等の
ニッケル合金、鉄、鉄合金等によって形成することがで
き、本体１は電鋳などの方法で製作し得る。また、本体
１としてはジルコニアを0.5重量％以下、特に0.02〜0.2
5重量％、クロムを0.1〜１重量％含む銅合金が好ましく
使用でき、このような銅合金としてOMC（三菱金属社
製）が用いられる。Here, the main body 1 includes copper, Cu-Zn, Cu-Zn-Sn.
Can be formed of copper alloys such as nickel, nickel alloys such as nickel, Ni-P, Ni-B, Ni-Co, and Ni-Fe, iron, iron alloys, etc. The main body 1 is manufactured by a method such as electroforming. obtain. Further, the main body 1 contains zirconia in an amount of 0.5% by weight or less, particularly 0.02 to 0.2.
A copper alloy containing 5% by weight and 0.1 to 1% by weight of chromium can be preferably used, and OMC (manufactured by Mitsubishi Metals Co., Ltd.) is used as such a copper alloy.
また、複合めっき皮膜２のマトリックス３としては、
上記本体と同様の金属材とすることができるが、強度、
耐熱性、熱伝導率、価格等の面からニッケル、ニッケル
合金が最も好適に用いられる、 一方、断熱材粒子４としては、断熱性、強度、耐熱性
等の物性面、特に耐熱衝撃性の点からジルコニアとセリ
ア又はセリア・イットリアとの固溶体粒子を用いるもの
で、これらの粒子を共析させた傾斜機能を有する皮膜
は、ロケット燃料燃焼噴射時における熱的衝撃、機械的
振動にもよく耐え、ロケット燃焼室本体から脱落した
り、亀裂が発生することがなく、十分な断熱効果を発揮
し、かつ超高速で噴出する燃焼ガスに対する耐摩耗性が
十分であり、十分な強度及び断熱効果を発揮することが
でき、耐久性に優れたものである。Further, as the matrix 3 of the composite plating film 2,
It can be the same metal material as the main body, but strength,
Nickel and nickel alloys are most preferably used from the viewpoints of heat resistance, thermal conductivity, price, etc. On the other hand, the heat insulating material particles 4 have physical properties such as heat insulating property, strength, and heat resistance, especially in terms of thermal shock resistance. From solid solution particles of zirconia and ceria or ceria-yttria are used, and the film having a gradient function by co-depositing these particles, withstands thermal shock and mechanical vibration during rocket fuel combustion injection, It does not fall off from the rocket combustion chamber body or cracks, it exhibits a sufficient heat insulation effect, and it has sufficient wear resistance to the combustion gas ejected at ultra-high speed, and exhibits sufficient strength and heat insulation effect. It has excellent durability.
この固溶体粒子は、セリアを10〜40重量％、好ましく
は15〜35重量％、イットリアを０〜15重量％、好ましく
は０〜10重量％、ジルコニア残部なるものが好適であ
る。The solid solution particles preferably contain 10 to 40% by weight of ceria, preferably 15 to 35% by weight, 0 to 15% by weight of yttria, preferably 0 to 10% by weight, and the balance of zirconia.
上記断熱材粒子の粒径は種々選定し得るが、0.1〜100
μｍ、より好ましくは１〜60μｍ（平均粒径）が好まし
い。粒径が小さ過ぎる場合、逆に大き過ぎる場合は、粒
子の共析量が少なくなり、共析量のコントロールが困難
になる場合が生じ、十分な傾斜機能を付与し難くなる。The particle size of the heat insulating material particles can be selected variously, but 0.1 to 100
μm, more preferably 1 to 60 μm (average particle size). If the particle size is too small or too large, on the contrary, the eutectoid amount of the particles will be small, and it may be difficult to control the eutectoid amount, making it difficult to provide a sufficient tilting function.
ロケットエンジン燃焼室本体１の肉厚も適宜選択され
るが、通常２〜50mm、好ましくは３〜10mm程度に形成し
得る。Although the thickness of the rocket engine combustion chamber body 1 is also selected as appropriate, it can be formed usually in the range of 2 to 50 mm, preferably 3 to 10 mm.
一方、複合めっき皮膜２の膜厚は、通常0.01〜40mm、
好ましくは0.05〜2mmである。On the other hand, the thickness of the composite plating film 2 is usually 0.01 to 40 mm,
It is preferably 0.05 to 2 mm.
この複合めっき皮膜２中の断熱材粒子４は、本体２側
で少なく、内側で多いものであるが、この場合断熱材粒
子４の共析量は、本体１側で０〜10％（重量％、以下同
じ）、特に０〜５％、最も内側で15〜60％、特に20〜30
％とすることが好ましく、更に複合めっきの中間部分の
断熱材粒子共析量を５〜30％、特に10〜20％とし、本体
１側から内側に向かうに従い共析量が漸次増加する状態
とすることが有効である。本体１側における断熱材粒子
共析量が多すぎる場合は、本体１と複合めっき皮膜２と
の剥落が生じるおそれがあり、耐久性が低下する。一
方、複合めっき皮膜２の最も内側における断熱材粒子共
析量が少なすぎる場合は、断熱効果が十分発揮し得ず、
また多すぎる場合は金属マトリックスの強度が低下して
耐久性に劣るおそれが生じる。The heat-insulating material particles 4 in the composite plating film 2 are small on the main body 2 side and large on the inner side. In this case, the amount of eutectoid particles of the heat-insulating material particles 4 is 0 to 10% (wt%) on the main body 1 side. , The same below), especially 0-5%, innermost 15-60%, especially 20-30
%, And the amount of eutectoid particles in the middle portion of the composite plating is 5 to 30%, especially 10 to 20%, and the eutectoid amount gradually increases from the main body 1 side toward the inside. It is effective to do. When the amount of the eutectoid particles of the heat insulating material on the main body 1 side is too large, the main body 1 and the composite plating film 2 may peel off, resulting in a decrease in durability. On the other hand, if the amount of eutectoid particles at the innermost side of the composite plating film 2 is too small, the heat insulating effect cannot be sufficiently exerted,
On the other hand, if the amount is too large, the strength of the metal matrix may be lowered and the durability may be deteriorated.
なお、本発明において、断熱材粒子の共析量の変化は
一連に連続的にあってもよく、段階状に変化してもよい
が、金属母材は一体性が実質的に保持されている必要が
あり、これにより傾斜機能が有効に発揮される。In the present invention, the amount of eutectoid particles of the heat insulating material may change continuously or continuously in a series, but the metal base material substantially retains its integrity. It is necessary for this to effectively perform the tilt function.
本発明の上述したロケットエンジン燃焼室本体１に対
する複合めっき皮膜２の形成は、めっき法を採用するこ
とにより効率よく製造することができる。The formation of the composite plating film 2 on the rocket engine combustion chamber body 1 of the present invention can be efficiently manufactured by adopting a plating method.
この場合、めっき法は電気めっき法、無電解めっき法
のいずれでもよく、いずれの方法でも常法に従って燃焼
室本体１の内面に断熱材粒子が共析複合した金属−断熱
材粒子複合めっき皮膜を形成するものであり、この際め
っき条件、めっき液中の断熱材粒子の共析量をコントロ
ールすることにより、上述した傾斜機能を有する複合め
っき皮膜を得るものである。In this case, the plating method may be either an electroplating method or an electroless plating method. In either method, a metal-insulator particle composite plating film in which heat-insulating material particles are eutectoid-composite is formed on the inner surface of the combustion chamber body 1 according to a conventional method. In this case, the composite plating film having the above-mentioned gradient function is obtained by controlling the plating conditions and the eutectoid amount of the heat insulating material particles in the plating solution.
ここで、金属めっき液は上記複合めっき皮膜のマトリ
ックスに応じて選択された金属のめっき液が用いられる
が、かかるめっき液としては公知のめっき液組成のもの
が使用でき、例えば電気ニッケルめっき液としては、ス
ルファミン酸浴、ワット浴、高硫酸ニッケル浴、高塩化
物浴などが使用し得る。Here, as the metal plating solution, a metal plating solution selected according to the matrix of the composite plating film is used, and a known plating solution composition can be used as such a plating solution, for example, as an electric nickel plating solution. A sulfamic acid bath, a Watts bath, a high nickel sulfate bath, a high chloride bath, or the like can be used.
なお、複合めっき皮膜の形成に当り、該皮膜をすべて
同一浴でめっき製造してもよく、或いはその一部を所定
のめっき浴で形成した後、そのめっき膜上に別のめっき
浴を用いて残る部分を形成するようにしてもよい。In forming the composite plating film, all the films may be manufactured by plating in the same bath, or a part of the film may be formed in a predetermined plating bath and then another plating bath may be used on the plating film. The remaining portion may be formed.
上記めっき浴中に対する断熱材粒子の共析量は０〜10
00g/の範囲で適宜選定されるが、この場合他の条件が
同一であれば共析量が多くなるほど共析量も増大する。
従って、互いに断熱材粒子共析量のみが異なる複数の同
一めっき浴を準備し、順次めっきする方法を採用するこ
とにより、上記傾斜機能を有するめっき膜を形成するこ
とができる。The amount of eutectoid particles of the heat insulating material in the plating bath is 0 to 10
The content is appropriately selected within the range of 00 g /, but in this case, if the other conditions are the same, the co-deposition amount increases as the co-deposition amount increases.
Therefore, the plating film having the above-mentioned gradient function can be formed by preparing a plurality of identical plating baths having different eutectoid amounts of heat insulating material particles and sequentially plating.
本発明において、上記傾斜機能を有するめっき膜を形
成する方法としては、上述した断熱材粒子のめっき液中
への共析量を変化させる以外に、めっき条件を変化させ
る方法も採用される。In the present invention, as a method of forming the plating film having the above-mentioned gradient function, a method of changing the plating condition may be adopted in addition to changing the amount of the eutectoid particles of the heat insulating material in the plating solution.
即ち、めっき浴としては、スルファミン酸浴を用いた
方が硫酸塩浴を用いた場合よりも断熱材粒子の共析量が
多くなり、まためっき液中には非イオン活性剤、アニオ
ン活性剤、カチオン活性剤等を0.0001〜1g/、特に0.0
1〜0.1g/の範囲で添加し得るが、アニオン活性剤、非
イオン活性剤、カチオン活性剤の順で共析量が多くな
り、その添加量が多くなる程また共析量も増加する。な
お、上記活性剤としては、従来からめっきに使用されて
いるものがいずれも好適に用いられるが、共析量を増大
させる点から、炭化水素系およびフルオロアルキル系界
面活性剤が好ましく、またラウリル硫酸ナトリウムはめ
っき膜のピットを防止する点から0.5〜1g/を添加する
ことが好ましい。That is, as the plating bath, the use of a sulfamic acid bath results in a larger amount of eutectoid particles of heat insulating material than the use of a sulfate bath, and the plating solution contains a nonionic activator, an anionic activator, Cationic activator etc. 0.0001-1g /, especially 0.0
It can be added in the range of 1 to 0.1 g / amount, but the amount of eutectoid increases in the order of anionic activator, nonionic activator, and cationic activator, and as the amount of addition increases, the amount of eutectoid also increases. As the above-mentioned activator, any of those conventionally used for plating is preferably used, but from the viewpoint of increasing the amount of eutectoid, hydrocarbon-based and fluoroalkyl-based surfactants are preferable, and lauryl is also used. Sodium sulfate is preferably added in an amount of 0.5 to 1 g / from the viewpoint of preventing pits in the plating film.
また、公知のニッケルめっきの第一次光沢剤、例えば
有機スルホイミド化合物並びに第二次光沢剤、例えばア
セチレンアルコール化合物を0.5〜20g/添加すること
により、めっき皮膜の柔軟性および外観の改善に効果が
ある。Also, by adding a known nickel plating primary brightening agent, for example, an organic sulfimide compound and a secondary brightening agent, for example, 0.5 to 20 g / acetylene alcohol compound, the effect of improving the flexibility and appearance of the plating film is obtained. is there.
めっき液のpHは、めっき浴の種類に応じた通常の範囲
とすることができ、例えば電気ニッケルめっき液等の場
合はpH3.5〜4.5とすることができるが、断熱材粒子の共
析量はpHが低くなる程増加する傾向にある。The pH of the plating solution can be in the usual range depending on the type of plating bath, and for example, in the case of an electric nickel plating solution or the like, the pH can be 3.5 to 4.5, but the amount of eutectoid particles of the heat insulating material can be set. Tends to increase with decreasing pH.
次に、電気めっきを行う場合において、陰極電流密度
は通常0.5〜10A/dm2の範囲で選定し得るが、電流密度が
低くなる程断熱材粒子の共析量が増加する。また、めっ
き液の撹拌としては、機械撹拌、ポンプ撹拌、空気撹
拌、カソードロッキング等が採用し得るが、この場合撹
拌が強い程共析量が増加する。例えば、機械撹拌（プロ
ペラ撹拌）においては、プロペラの回転数を50〜2500rp
mの範囲とすることができ、ポンプ撹拌においては、め
っき液の循環量を10〜100回／時間とすることができ、
空気撹拌においては、空気量を0.5〜30m3/m2/分とする
ことができ、カソードロッキングにおいては、振幅0.5
〜200cm、往復回数0.5〜150回／分とすることができる
が、いずれも強撹拌により断熱材粒子の共析量が増加す
る。Next, in the case of performing electroplating, the cathode current density can be usually selected in the range of 0.5 to 10 A / dm 2 , but the lower the current density, the more the amount of eutectoid particles of the heat insulating material increases. As the stirring of the plating solution, mechanical stirring, pump stirring, air stirring, cathode rocking, or the like can be adopted. In this case, the stronger the stirring, the more the amount of eutectoid. For example, in mechanical agitation (propeller agitation), the number of revolutions of the propeller is 50 to 2500rp.
It can be in the range of m, and in the pump stirring, the circulation rate of the plating solution can be 10 to 100 times / hour,
In air agitation, the air volume can be 0.5-30 m 3 / m 2 / min, in cathodic rocking the amplitude 0.5.
The number of reciprocations can be increased to 200 cm and the number of reciprocations to 0.5 to 150 times / min.
上記の陰極電流密度及び撹拌度合を変化させる方法
は、めっき液組成を変化させることなく、しかも連続的
制御が可能であるため、断熱材粒子の共析量をコントロ
ールする方法として有効に採用される。The method of changing the cathode current density and the stirring degree described above is effectively adopted as a method of controlling the eutectoid amount of the heat insulating material particles, since it can be continuously controlled without changing the composition of the plating solution. .
また、めっき温度は電着応力の少ない柔軟なめっき膜
を得る点から通常30〜60℃であるが、めっき温度が高い
程共析量は増加する。従って、めっき温度を変化させる
ことによっても共析量をコントロールし得る。In addition, the plating temperature is usually 30 to 60 ° C. from the viewpoint of obtaining a flexible plating film with less electrodeposition stress, but the higher the plating temperature, the more the amount of eutectoid. Therefore, the amount of eutectoid can be controlled by changing the plating temperature.
めっき時間は燃焼室の複合めっき皮膜の膜厚により選
定し得るが、通常１〜2000時間である。The plating time can be selected depending on the film thickness of the composite plating film in the combustion chamber, but is usually 1 to 2000 hours.
なお、燃焼室には必要により冷却剤通路を形成するこ
とができ、例えば本体１の外面に溝加工を施すなどの手
段により冷却剤通路を形成でき、また通路を内包させる
こともできる。If necessary, a coolant passage can be formed in the combustion chamber. For example, a coolant passage can be formed on the outer surface of the main body 1 to form the coolant passage, or the passage can be included.
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、
本発明は下記の実施例に制限されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples,
The present invention is not limited to the examples below.
〔実施例１〕 図面に示す如き燃焼室本体１を銅合金（OMC,三菱金属
社製鉄鋼連続鋳造用モールド用合金）により形成した
（肉厚ｔ＝約3mm、口径D90mm）後、その内部中央部に陽
極棒を通し、内部に下記めっき液を粒し、本体１側から
内部に向かうに従って断熱材粒子（ジルコニア固溶体，
平均粒子５μｍ）の共析量が増加する複合めっき皮膜15
00μｍを形成した。[Example 1] A combustion chamber body 1 as shown in the drawings was formed from a copper alloy (OMC, an alloy for continuous casting of steel manufactured by Mitsubishi Metals Co., Ltd.) (thickness t = about 3 mm, caliber D90 mm), and then the inner center thereof. Pass the anode rod through the part, granulate the following plating solution inside, and heat insulate particles (zirconia solid solution,
Composite plating film that increases the amount of eutectoid particles with an average particle size of 5 μm 15
00 μm was formed.
めっき液組成 スルファミン酸ニッケル 300 g/ 塩化ニッケル 45 g/ ホウ酸 30 g/ ラウリル硫酸ソーダ １ g/ ジルコニア固溶体（平均粒径５μｍ） ０〜500 g/ めっき条件 めっき時間 50 時間 陰極電流密度 ５ A/dm2 温度 45℃ 陽極 直径4mmの白金めっきチタン棒 めっき液流速 50 ／分 なお、ジルコニア固溶体の組成は下記の通りである。Plating solution composition Nickel sulfamate 300 g / Nickel chloride 45 g / Boric acid 30 g / Sodium lauryl sulfate 1 g / Zirconia solid solution (average particle size 5 μm) 0-500 g / Plating condition Plating time 50 hours Cathode current density 5 A / dm 2 Temperature 45 ° C. Anode: Platinum plated titanium rod with a diameter of 4 mm Plating solution flow rate 50 / min The composition of the zirconia solid solution is as follows.
セリア 25 重量％ イットリア 2.5重量％ ジルコニア 残部 この場合、最初の５時間はジルコニア固溶体を分散さ
せないめっき液を使用し、次の５〜30時間はジルコニア
固溶体を300g/分散させためっき液を使用し、最後の3
0〜50時間はジルコニア固溶体を500g/分散させためっ
き液を用いた。Ceria 25 wt% Yttria 2.5 wt% zirconia balance In this case, the plating solution in which the zirconia solid solution is not dispersed is used for the first 5 hours, and the plating solution in which 300 g / dispersed zirconia solid solution is used for the next 5 to 30 hours. Last 3
For 0 to 50 hours, a plating solution containing 500 g / dispersed zirconia solid solution was used.
得られた複合めっき皮膜中のジルコニア固溶体共析量
は最初の０〜５時間が０％、中間層が約12％、最後の10
〜50時間が約22％であった。The amount of zirconia solid solution eutectoid in the obtained composite plating film was 0% for the first 0 to 5 hours, about 12% for the intermediate layer, and 10 for the last layer.
~ 50 hours was about 22%.
なお、第４図にめっき液中のジルコニア固溶体分散量
と共析量の関係を示す。The relationship between the amount of zirconia solid solution dispersed in the plating solution and the amount of eutectoid is shown in FIG.
〔実施例２〕 図面に示す如き燃焼室本体１をOMCにより形成した
（肉厚ｔ＝約4mm、口径D90mm）後、その内部中央部に陽
極棒を通し、内部に下記めっき液を流し、本体１側から
内部に向かうに従って断熱材粒子（ジルコニア固溶体，
平均粒径２μｍ）の共析量が増加する複合めっき皮膜44
0μｍを形成した。[Example 2] A combustion chamber body 1 as shown in the drawing was formed by OMC (thickness t = about 4 mm, caliber D90 mm), and then an anode rod was passed through the center of the inside, and the following plating solution was poured into the body to form a body. Insulation material particles (zirconia solid solution,
Composite plating film 44 that increases the amount of eutectoid particles with an average particle size of 2 μm)
0 μm was formed.
めっき浴組成 スルファミン酸ニッケル 350 g/ ホウ酸 30 g/ ラウリル硫酸ソーダ 0.5g/ ジルコニア固溶体 ０〜500g/ （平均粒径２μｍ） めっき条件 めっき時間 22 時間 陰極電流密度 3.5A/dm2 温度 40 ℃ 陽極 直径5mmの白金めっきチタン棒 めっき液流速 30 ／分 なお、ジルコニア固溶体の組成は下記の通りである。Plating bath composition Nickel sulfamate 350 g / Boric acid 30 g / Sodium lauryl sulfate 0.5 g / Zirconia solid solution 0-500 g / (Average particle size 2 μm) Plating conditions Plating time 22 hours Cathode current density 3.5 A / dm 2 Temperature 40 ° C Anode Platinum-plated titanium rod with a diameter of 5 mm Flow rate of plating solution 30 / min The composition of the zirconia solid solution is as follows.
イットリア ６ 重量％ ジルコニア 残部 この場合、最初の２時間はジルコニア固溶体を含まな
いめっき液を用いて3.5A/cm2の電流密度でめっきを行っ
た。Yttria 6 wt% zirconia balance In this case, plating was performed at a current density of 3.5 A / cm 2 for the first 2 hours using a plating solution containing no zirconia solid solution.
次いで、ジルコニア固溶体を２時間での投入総量が50
g/となるように少量づつ継続的にめっき液に添加し
て、めっき厚さ80μｍの傾斜機能を有する共析めっき皮
膜を得た。Next, the total amount of zirconia solid solution charged in 2 hours is 50.
It was continuously added to the plating solution in small amounts so as to be g /, to obtain an eutectoid plating film having a gradient function and a plating thickness of 80 μm.
この時のめっき皮膜表面付近（厚さ75〜80μｍ）では
ジルコニア固溶体の共析量は1.5重量％であった。At this time, the amount of eutectoid zirconia solid solution in the vicinity of the surface of the plating film (thickness: 75 to 80 μm) was 1.5% by weight.
以下同様にして、第１表に示すようにジルコニア固溶
体の投入量を経時的に増加させ、めっき厚さ440μｍの
同表に示す共析量の共析めっき皮膜を形成し、40μｍか
ら440μｍの間でジルコニア固溶体の共析量が連続的に
増加した傾斜機能を有する共析めっき皮膜を得た。Similarly, as shown in Table 1, the amount of the solid solution of zirconia is increased with time to form an eutectoid plating film having a plating thickness of 440 μm and the eutectoid amount shown in the table, and between 40 μm and 440 μm. Thus, a eutectoid plating film having a gradient function in which the eutectoid amount of the zirconia solid solution continuously increased was obtained.
〔発明の効果〕 本発明のロケットエンジン燃焼室は下記のように優れ
た効果を有する。 [Effects of the Invention] The rocket engine combustion chamber of the present invention has the following excellent effects.
（イ）金属製燃焼室本体内面に形成される複合めっき皮
膜中の断熱材粒子の共析量が本体側から内側にかけて増
加する傾斜機能を有するため、ロケット推進薬の燃焼開
始時における燃焼室内面の急激な温度上昇にも、複合め
っき皮膜が脱落したり、亀裂が発生することがなく、か
つ複合めっき皮膜の内側で断熱材粒子が多く共析されて
いるので、十分な断熱効果を発揮し、かつ超高速で噴出
する燃焼ガスに耐する耐摩耗性が十分であり、十分な強
度を確保することができ、耐久性に優れたものである。(A) Since the eutectoid amount of heat insulating material particles in the composite plating film formed on the inner surface of the metal combustion chamber body has an inclined function to increase from the body side to the inside, the combustion chamber inner surface at the start of combustion of rocket propellant Even if the temperature rises rapidly, the composite plating film will not fall off or crack, and many particles of heat insulating material will be co-deposited inside the composite plating film. In addition, it has sufficient wear resistance to withstand combustion gas ejected at an ultra-high speed, can secure sufficient strength, and is excellent in durability.
（ロ）金属の熱伝導性を損なうことなく、十分な断熱効
果を発揮できるため、冷却剤として使用するロケット推
進薬の沸騰を防止でき、冷却効率が高まる。(B) Since a sufficient heat insulating effect can be exhibited without impairing the thermal conductivity of the metal, the rocket propellant used as the coolant can be prevented from boiling and the cooling efficiency can be improved.
（ハ）十分な冷却効率を確保しつつ、十分な断熱効果を
発揮できるため、燃焼室本体の肉厚を薄くでき、軽量化
ができ、その冷却機構が小型化でき、燃焼噴射機構全体
の軽量化が図れる。(C) The sufficient heat-insulating effect can be achieved while ensuring sufficient cooling efficiency, so that the wall thickness of the combustion chamber body can be reduced and the weight can be reduced, the cooling mechanism can be downsized, and the overall weight of the combustion injection mechanism can be reduced. Can be realized.
（ニ）上記複合めっき皮膜は通常のめっき手法により簡
単に形成できるので、大口径のロケットエンジン燃焼室
のみならず、小口径のロケットエンジン燃焼室にも有効
に適応し得る。(D) Since the composite plating film can be easily formed by an ordinary plating method, it can be effectively applied not only to a large diameter rocket engine combustion chamber but also to a small diameter rocket engine combustion chamber.
第１図は本発明に係る燃焼室の一実施例の断面図、第２
図は第１図のII−II線に沿った断面図、第３図は同例の
一部拡大断面図、第４図はめっき液中のジルコニア分散
量とめっき皮膜中のジルコニア共析量との関係を示すグ
ラフである。 １……燃焼室本体、２……複合めっき皮膜、 ３……マトリックス、４……断熱材粒子FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a combustion chamber according to the present invention,
The figure is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the same example, and FIG. 4 is the zirconia dispersion amount in the plating solution and the zirconia eutectoid amount in the plating film. It is a graph which shows the relationship of. 1 ... Combustion chamber body, 2 ... Composite plating film, 3 ... Matrix, 4 ... Insulating material particles
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 益雄 大阪府守口市梶町３丁目35番23号 三和 防錆株式会社内 (72)発明者 松村 宗順 大阪府枚方市出口１―５―１ 上村工業 株式会社中央研究所内 (72)発明者 千葉 格 大阪府枚方市出口１―５―１ 上村工業 株式会社中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masuo Okada 3-35-23 Kajimachi, Moriguchi City, Osaka Prefecture Sanwa Rust Co., Ltd. (72) Inventor Munejun Matsumura Exit 1-5 Hirakata, Osaka Prefecture 1 Uemura Kogyo Co., Ltd. Central Research Institute (72) Inventor Satoshi Chiba Exit 1-5-1, Hirakata City, Osaka Pref.
Claims (1)
に、金属めっき皮膜をマトリックスとし、該マトリック
ス中にジルコニアとセリア又はセリア・イットリアとの
固溶体粒子からなる断熱材粒子が上記本体側から内側に
向かうに従って共析量が増大するように共析した複合め
っき皮膜が形成されてなることを特徴とするロケットエ
ンジン燃焼室。1. A heat-insulating material particle comprising a solid solution particle of zirconia and ceria or ceria-yttria as a matrix on the inner surface of a main body of a metal rocket engine combustion chamber with a metal plating film as a matrix. A rocket engine combustion chamber, characterized in that a co-deposited composite plating film is formed so that the amount of eutectoid increases as it goes.
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|---|---|---|---|
| JP2301384A JP2504325B2 (en) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Rocket engine combustion chamber |
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|---|---|
| JPH04175444A JPH04175444A (en) | 1992-06-23 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0227151A (en) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Combustion chamber of rocket engine and manufacture thereof |
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1990
- 1990-11-07 JP JP2301384A patent/JP2504325B2/en not_active Expired - Fee Related
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