JPH079221B2 - Rocket engine combustion chamber and manufacturing method thereof - Google Patents
Rocket engine combustion chamber and manufacturing method thereofInfo
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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及びその製造方法に
関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rocket engine combustion chamber and a method for manufacturing the same.
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
が行なわれている。このロケットエンジン燃焼室は、使
用に際しては約2000〜3000°Ｋのロケット推進薬燃焼温
度から保護するため、燃焼室壁をロケット推進薬を冷却
剤として冷却（完全再生冷却）するものであり、この場
合、冷却効果を上げるために冷却剤が沸騰しないように
冷却が行なわれる。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, Further, a ceramic sprayed layer of zirconia, yttria, ceria or the like is further formed on the inner surface. This rocket engine combustion chamber cools the walls of the combustion chamber using rocket propellant as a coolant (complete regeneration cooling) in order to protect the rocket propellant combustion temperature from about 2000 to 3000 ° K during use. In this case, in order to improve the cooling effect, cooling is performed so that the coolant does not boil.
しかし、このように燃焼室をニッケル等の金属により形
成することは、熱伝導性が良いので、燃焼室内面からの
熱流束が増加し、このため燃焼室の耐熱性がより一層要
求されるばかりでなく、熱負荷を低減させるために燃焼
室の肉厚を厚くする必要があり、冷却機構も大型化し
て、燃焼噴射機構全体を軽量化する上で問題があった。However, since forming the combustion chamber from a metal such as nickel has good thermal conductivity, the heat flux from the inner surface of the combustion chamber increases, and therefore the heat resistance of the combustion chamber is not only required further. Not only that, it is necessary to increase the thickness of the combustion chamber in order to reduce the heat load, and the cooling mechanism is also increased in size, which causes a problem in reducing the weight of the combustion injection mechanism as a whole.
また、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、耐久性に問題が
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。In addition, since forming the ceramic sprayed layer on the inner surface of the combustion chamber is essentially poor in adhesion between the ceramic sprayed layer and a metal such as nickel forming the combustion chamber, the combustion chamber at the start of combustion of the rocket propellant is In many cases, the ceramic sprayed layer spalls due to a rapid temperature rise on the surface, and peels off or cracks occur, which causes a problem in 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るた
め、冷却する際に、燃焼室壁を保護する目的で、燃焼室
の外面をロケット推進薬を冷却剤として冷却すると同時
に、燃焼室の内面に沿ってロケット推進薬の一部を噴出
させる（部分再生冷却）ことが行なわれており、このた
めエネルギーロスが多いという欠点を有していた。On the other hand, in a small-diameter rocket engine combustion chamber, it is difficult to spray ceramics on the inner surface of the combustion chamber, so the outer surface of the combustion chamber is rocket-propelled to protect the combustion chamber wall during cooling. At the same time that the drug is cooled as a coolant, a part of the rocket propellant is ejected along the inner surface of the combustion chamber (partial regenerative cooling), which has the drawback of high energy loss. .
本発明は、上記欠点を除去するためになされたもので、
耐摩耗性、耐熱性に優れ、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て、燃焼噴射機構
全体の軽量化を図ることが可能なロケットエンジン燃焼
室及びその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to eliminate the above drawbacks,
A rocket engine combustion chamber that has excellent wear resistance and heat resistance, good durability, high cooling efficiency, a compact cooling mechanism, and a lightweight combustion injection mechanism, and its manufacture The purpose is to provide a method.
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分散
量が漸次減少するように分散させて、傾斜機能を持たせ
たものである。In order to achieve the above object, the present invention uniformly disperses heat insulating material particles in a metal base material forming a metal rocket engine combustion chamber body, and the amount of dispersion gradually decreases from the inner surface to the outer surface of the combustion chamber body. It is dispersed as described above and has a tilt function.
また、かかる傾斜機能を有するロケットエンジン燃焼室
を製造する方法として、ロケットエンジン燃焼室形成用
母型を断熱材粒子を分散させた金属めっき液中に浸漬し
てめっきを施し、上記母型の外面に金属めっき母相中に
断熱材粒子が分散複合した金属−断熱材粒子複合めっき
膜を形成した後、上記母型を除去して、上記複合めっき
膜よりなるロケット燃焼室を製造するに当り、上記めっ
き時におけるめっき条件又はめっき液中の断熱材粒子の
分散量を漸次変化させて上記複合めっき膜中の断熱材粒
子の共析量が漸次減少するようにめっきを施す方法を採
用したものである。Further, as a method of manufacturing a rocket engine combustion chamber having such a tilt function, a rocket engine combustion chamber forming mother die is immersed in a metal plating solution in which heat insulating material particles are dispersed to perform plating, and the outer surface of the mother die is then plated. In forming a metal-insulator particle composite plating film in which heat-insulating material particles are dispersed and composited in a metal-plating mother phase, and then removing the master mold to manufacture a rocket combustion chamber made of the composite plating film, By adopting a method of performing plating so that the eutectoid amount of the heat insulating material particles in the composite plating film is gradually decreased by gradually changing the plating condition during the plating or the dispersion amount of the heat insulating material particles in the plating solution. is there.
本発明のロケットエンジン燃焼室は、金属母材中に断熱
材粒子を均一に埋設状態で分散させてあるものであり、
しかも金属母材中の断熱材粒子の分散量を内面から外面
にかけて連続的に減少させて傾斜機能を有する燃焼室と
して構成しているものであるから、内面付近での高熱を
断熱材粒子で遮断すると共に、当該断熱材を取り巻く熱
伝導性のよい金属母材を介して冷却剤により熱を逃すも
のであり、それ故金属母材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
を高めている。The rocket engine combustion chamber of the present invention is one in which heat insulating material particles are uniformly embedded and dispersed in a metal base material,
Moreover, since the amount of heat insulating material particles dispersed in the metal base material is continuously reduced from the inner surface to the outer surface to form a combustion chamber with a gradient function, high heat near the inner surface is blocked by the heat insulating material particles. At the same time, the heat is released by the coolant through the metal base material having good heat conductivity surrounding the heat insulating material, and therefore the heat insulating effect of the heat insulating material particles is not impaired without impairing the heat conductivity of the metal base material. The rocket propellant, which is used as a coolant, is prevented from boiling when it is fully used to improve cooling efficiency.
しかも、本発明は、金属母材中に断熱材を共析させて一
体的に燃焼室を形成して、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る断熱材の剥
落、亀裂発生を防止し、十分な断熱効果を発揮させてお
り、かつ超高速で噴出する燃焼ガスに対する耐摩耗性及
び耐久性の向上を図っているものである。Moreover, the present invention forms a combustion chamber integrally by co-depositing a heat insulating material in the metal base material, and peeling of the heat insulating material due to a rapid temperature rise of the combustion chamber inner surface at the start of combustion of the rocket propellant, It is intended to prevent cracks from occurring and to exert a sufficient heat insulating effect and to improve wear resistance and durability against combustion gas ejected at an ultrahigh speed.
この場合、このような傾斜機能を持たせず、断熱材粒子
が多量に分散した層に断熱材粒子が分散していない層を
積層したような断熱材粒子分散量が急激に変化するよう
な構成では、両層の強度、機械的特性や耐熱性が著しく
相違し、断熱材粒子分散量が急変する界面においてこれ
らの物理的特性値が急変し、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
は断熱材粒子が内面から外面にかけて漸減する傾斜機能
を有するため、強度、機械的特性や耐熱性などの物理的
特性が内面から外面にかけて漸次変化していくものであ
り、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, such a structure that does not have such a gradient function and a layer in which heat insulating material particles are dispersed in a large amount is laminated with a layer in which heat insulating material particles are not dispersed is rapidly changed. , The strength, mechanical properties and heat resistance of the two layers are remarkably different, and these physical property values change suddenly at the interface where the amount of heat-insulating material dispersion changes abruptly, and mechanical stress and thermal stress concentrate on the interface. To do. For this reason, it may not be able to withstand the ultra-high-speed combustion gas of the rocket engine, cracks, etc. may occur, and it may not be possible to guarantee the heat insulating action and the cooling action, but the present invention is that the heat insulating material particles gradually decrease from the inner surface to the outer surface. Since it has an inclination function to increase its strength, physical properties such as strength, mechanical properties and heat resistance gradually change from the inner surface to the outer surface, and therefore, mechanical stress and thermal stress are partially concentrated. It has a superior support function that reliably receives combustion gas and ensures adiabatic action and cooling action.
それ故、本発明はこのように金属母材に断熱材粒子を分
散させて一体的に傾斜機能を有する燃焼室を形成してあ
るため、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、しかも燃焼室の肉厚を薄くし
て軽量化を図り、その冷却機構を小型化し、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
せることができるので、燃焼室の内面に沿ってロケット
推進薬を噴出させる必要をなくして小口径の燃焼室にも
好適に使用し得るものである。Therefore, in the present invention, since the heat insulating material particles are thus dispersed in the metal base material to integrally form the combustion chamber having the gradient function, a sufficient heat insulating effect is obtained while ensuring sufficient cooling efficiency. In addition, the combustion chamber can be made thinner and lighter in weight, the cooling mechanism can be made smaller, the weight of the combustion injection mechanism can be reduced, and the boiling of the coolant can be prevented. Since the cooling efficiency can be enhanced and a sufficient heat insulating effect can be exhibited, it is not necessary to eject the rocket propellant along the inner surface of the combustion chamber, and it can be suitably used for a small diameter combustion chamber.
また、本発明の製造方法によれば、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、粒子のめっき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
分散量を漸次変化させることにより、上述した傾斜機能
を有するめっき膜が簡単かつ確実に製造し得るものであ
る。Further, according to the manufacturing method of the present invention, the plating conditions of the plating solution in which the heat insulating material particles are dispersed, that is, the plating solution composition, pH, the cathode current density, stirring, and the plating temperature are controlled, or in the plating solution of the heat insulating material particles. It is possible to control the amount of co-deposition of particles on the plating film by controlling the amount of dispersion in the plating film. Therefore, by gradually changing these conditions and the amount of dispersion of particles during plating, the above-mentioned gradient function can be obtained. The plated film can be manufactured easily and reliably.
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、第１図に示し
たようにロケットエンジン燃焼室体１を形成する金属母
材２中に断熱材粒子３を均一に、かつ該燃焼室体１の内
面４から外面５に向かうに従い上記粒子３の分散量が漸
次減少するように分散してなるものである。In the rocket engine combustion chamber according to the present invention, as shown in FIG. 1, the heat insulating material particles 3 are uniformly distributed in the metal base material 2 forming the rocket engine combustion chamber body 1, and the inner surface 4 of the combustion chamber body 1 is also formed. From the outer surface 5 to the outer surface 5, the dispersed amount of the particles 3 is gradually reduced.
ここで、母材２としては、ニッケル,Ni−P,Ni−B,Ni−C
o,Ni−Fe等のニッケル合金、銅、Cu−ZnやCu−Zn−Sn等
の銅合金、鉄、鉄合金などが使用できるが、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。Here, as the base material 2, nickel, Ni-P, Ni-B, Ni-C are used.
Nickel alloys such as o, Ni-Fe, copper, copper alloys such as Cu-Zn and Cu-Zn-Sn, iron, iron alloys, etc. can be used, but in terms of strength, heat resistance, thermal conductivity, price, etc. Most preferably, nickel and nickel alloys are used.
一方、断熱材粒子３としては、無機材料でも有機材料で
もよいが、1000〜3500℃の耐熱性を有するものが好まし
く、特に断熱性、強度、耐熱性、価格等の点からジルコ
ニア、イットリア、セリア、シリカ、アルミナ、チタニ
ア、ムライト等の無機粒子が好適に使用され、中でもジ
ルコニア、シリカ、イットリアが最も有効である。On the other hand, the heat insulating material particles 3 may be an inorganic material or an organic material, but those having a heat resistance of 1000 to 3500 ° C. are preferable, and in particular, zirconia, yttria, ceria are taken into consideration in terms of heat insulating property, strength, heat resistance, price and the like. Inorganic particles such as silica, alumina, titania, and mullite are preferably used, and zirconia, silica, and yttria are most effective.
上記断熱材粒子の粒径は種々選定し得るが、0.5〜30μ
ｍ、より好ましくは１〜10μｍ、特に３〜８μｍ（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 above heat insulating material particles can be variously selected, but 0.5 to 30 μm
m, more preferably 1 to 10 μm, and particularly preferably 3 to 8 μm (average particle size). If the particle size is too small, or conversely too large, the amount of co-deposition of particles becomes small, and it may be difficult to control the amount of co-deposition, and it becomes difficult to impart a sufficient gradient function.
ロケットエンジン燃焼室体１の肉厚も適宜選択される
が、通常２〜20mm、好ましくは４〜10mm程度に形成し得
る。この場合、上記断熱材粒子３は内面から外面に分散
量が漸減する傾斜機能を有しているものであるが、断熱
材粒子３の分散量は、内面付近（内面から０〜約2mmの
間）では20〜40％、特に25〜35％、中間部分（内面から
約１〜約4mmの間）では10〜30％、特に15〜25％、外面
付近（内面から約2mm以上）では０〜10％、特に０〜５
％（以上の％はいずれも容量％である）とすることが好
適である。内面付近及び中間部分の断熱材粒子分散量が
それぞれ20％、10％より少ないと断熱効果が十分発揮し
得ない場合があり、40％、30％より多いと金属母材の強
度が低下して耐久性に劣る場合が生じる。また、外面付
近の分散量が10％より多いと耐久性が低下する場合が生
じる。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 20 mm, preferably 4 to 10 mm. In this case, the heat insulating material particles 3 have an inclined function in which the amount of dispersion gradually decreases from the inner surface to the outer surface, but the amount of dispersion of the heat insulating material particles 3 is near the inner surface (between 0 and about 2 mm from the inner surface). ) Is 20 to 40%, especially 25 to 35%, 10 to 30% in the middle part (between about 1 to about 4 mm from the inner surface), especially 15 to 25%, and 0 near the outer surface (about 2 mm or more from the inner surface). 10%, especially 0-5
% (All of the above% are volume%) is preferable. If the amount of heat-insulating material particles dispersed in the vicinity of the inner surface and in the middle is less than 20% and 10%, respectively, the heat insulating effect may not be fully exerted. It may be inferior in durability. If the amount of dispersion near the outer surface is more than 10%, the durability may decrease.
なお、本発明において、断熱材粒子の分散量の漸減は内
面から外面にかけて一連に連続的であってもよく、階段
状に減少していてもよいが、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。Incidentally, in the present invention, the gradual decrease of the amount of dispersion of the heat insulating material particles may be continuous in a series from the inner surface to the outer surface, or may be decreased stepwise, but the metal base material is substantially integrated. It must be held so that the tilting function is effectively exerted.
本発明の上述したロケットエンジン燃焼室は、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 above-mentioned rocket engine combustion chamber of the present invention can be efficiently manufactured by adopting the plating method.
即ち、めっき法を採用してロケットエンジン燃焼室を製
造する場合は、アルミニウム等によりロケットエンジン
燃焼室形成用母型を製作し、この母型を断熱材粒子が分
散した金属めっき液中に浸漬してめっきを施し、母型の
外面に金属めっき母相中に断熱材粒子が分散複合した金
属−断熱材粒子複合めっき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分散量をコ
ントロールすることにより、上述した傾斜機能を有する
複合めっき膜を得るものである。That is, when a rocket engine combustion chamber is manufactured by using the plating method, a rocket engine combustion chamber forming mother die is made of aluminum or the like, and the mother die is immersed in a metal plating solution in which heat insulating material particles are dispersed. Plating is performed to form a metal-heat insulating material particle composite plating film in which heat insulating material particles are dispersed and compounded in the metal plating mother phase on the outer surface of the mother die. In this case, plating conditions, heat insulating material particles in the plating solution are used. The composite plating film having the above-mentioned gradient function is obtained by controlling the dispersion amount of
ここで、金属めっき液は上記燃焼室体を形成する金属母
材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, the metal plating solution is a metal plating solution selected according to the metal base material forming the combustion chamber body,
A known plating solution composition can be used as the plating solution. For example, a sulfamic acid bath, a Watt bath, a high nickel sulfate bath, a high chloride bath, or the like can be used as the electronickel plating solution.
例えば、ワット浴タイプのものとして下記のものを用い
ることができる。For example, the following can be used as a Watt bath type.
NiSO4・6H2O 300〜380g/l NiCl2・6H2O 30〜45 〃 H3BO3 30〜40 〃 ピット防止剤 0.5〜１ 〃 pH 3.5〜4.5 この場合、本発明により燃焼室を製造するに当り、燃焼
室を全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めっき製造（一次電鋳）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めっ
き製造（二次電鋳）するようにしてもよいが、後者の一
次電鋳後に二次電鋳を行なう方法を採用する場合は、め
っき層の電着応力を少なくし、引張り強度を増す点から
一次電鋳用のめっき浴としてスルファミン酸浴、二次電
鋳用のめっき浴として硫酸塩を主成分とする浴が好適に
用いられる。なお、このようにして異なるめっき浴を使
用する場合は、金属母材の一体性の点から同じ金属のめ
っき浴を使用することが好ましい。 NiSO 4 · 6H 2 O 300~380g / l NiCl 2 · 6H 2 O 30~45 〃 H 3 BO 3 30 to 40 〃 pit preventing agent 0.5-1 〃 pH 3.5 to 4.5 In this case, production of the combustion chamber by the present invention In this case, all combustion chambers may be plated in the same bath, or a part of them may be plated in a predetermined plating bath (primary electroforming),
The remaining portion on the plating film may be subjected to plating production (secondary electroforming) by using another plating bath, but when adopting the method of performing secondary electroforming after the latter primary electroforming, From the viewpoint of reducing the electrodeposition stress of the plating layer and increasing the tensile strength, a sulfamic acid bath is preferably used as a plating bath for primary electroforming, and a bath containing a sulfate as a main component is preferably used as a plating bath for secondary electroforming. . When different plating baths are used in this way, it is preferable to use plating baths of the same metal from the viewpoint of the integrity of the metal base material.
上記めっき浴中に対する断熱材粒子の分散量は０〜1000
g/lの範囲で適宜選定されるが、この場合他の条件が同
一であれば分散量が多くなるほど共析量も増大する。従
って、互に断熱材粒子分散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 heat insulating material particles dispersed in the plating bath is 0 to 1000.
It is appropriately selected within the range of g / l. In this case, if the other conditions are the same, the amount of eutectoid increases as the amount of dispersion increases. Therefore, a plating film having the above-mentioned gradient function can be formed by preparing a plurality of identical plating baths having different amounts of heat insulating material particles dispersed therein 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
の分散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 heat insulating material particles dispersed 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/l、特に0.01〜
0.1g/l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基系界面活
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/l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, 0.0001-1g / l, especially 0.01-
It can be added in the range of 0.1 g / l, but the co-deposition amount increases in the order of anionic activator, non-ionic activator, and cationic activator, and the higher the amount added, the more the co-deposition amount 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 co-deposition, hydrocarbon-based and fluoroalkyl-based surfactants are preferable, and Sodium lauryl sulfate is preferably added in an amount of 0.5 to 1 g / l from the viewpoint of preventing pits in the plated 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/l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。Further, by adding a known nickel plating primary brightener, for example, an organic sulfimide compound and a secondary brightener, for example, an acetylene alcohol compound in an amount of 0.5 to 20 g / l, it is effective in improving the flexibility and appearance of the plating film. There is.
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。なお、スルフ
ァミン酸浴、硫酸塩浴を用いて上述した第１次電鋳、第
二次電鋳を行なう場合は、ピットのない柔軟なめっき膜
を得る点から第一次電鋳はpH3.5〜4.5、第二次電鋳はpH
4.0〜4.5とすることが好ましい。The pH of the plating solution can be in the usual range according to 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 eutectoid amount of heat insulating material particles Tends to increase with decreasing pH. When performing the above-described primary electroforming and secondary electroforming using a sulfamic acid bath or a sulfate bath, the primary electroforming has a pH value of 3.5 to obtain a flexible plating film without pits. ~ 4.5, pH for secondary electroforming
It is preferably set to 4.0 to 4.5.
次に、電気めっきを行なう場合において、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、特に機械撹拌が
好適であるが、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50〜2500rpm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10〜10
0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 usually be 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 and the like can be adopted, and mechanical stirring is particularly preferable. 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 can be set in the range of 50 to 2500 rpm, and in pump agitation, the circulation amount of the plating solution is 10 to 10 rpm.
It can be set to 0 times / hour, the amount of air can be set to 0.5 to 30 m 3 / m 2 / min in air stirring, and the amplitude can be set to 0.5 to 200 cm and the number of reciprocations is 0.5 in cathode locking.
It can be set to 150 times / minute, but in both cases, the amount of eutectoid particles of the heat insulating material increases due to strong stirring.
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 above method for changing the cathode current density and the stirring degree is
Since continuous control is possible without changing the plating solution composition, it is effectively adopted as a method for controlling the amount of eutectoid particles of heat insulating material.
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 eutectoid amount can be controlled by changing the plating temperature.
なお、めっき時間は燃焼室の肉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 according to the thickness of the combustion chamber,
It is usually 1 to 2000 hours.
上述したようにして、傾斜機能を有するめっき膜を形成
した後は、適宜方法、例えば母型がアルミニウムである
場合はアルカリ溶液に浸漬するなどの方法により母型を
除去するものであり、これにより第１図に示した如き燃
焼室が得られるものである。As described above, after forming the plating film having the gradient function, the mother die is removed by an appropriate method, for example, by dipping it in an alkaline solution when the mother die is aluminum. The combustion chamber as shown in FIG. 1 is obtained.
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、例えばめっき終了後にめっき膜の外面に溝加工
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。この冷却剤通路を内包し
た燃焼室を製造する方法としては、第一次電鋳を行なっ
た後、その外面に溝加工を施し、次いで溝内にワックス
を充填するなどしてマスキングした後、第二次電鋳を行
ない、最後に溝内のマスキングを除去する方法が好適に
採用される。If necessary, a coolant passage can be formed in the combustion chamber. For example, after the plating is finished, the coolant passage can be formed by grooving the outer surface of the plating film, or the passage can be included. . As a method of manufacturing the combustion chamber containing the coolant passage, after performing the first electroforming, the outer surface is subjected to groove processing, and then the groove is masked by filling it with wax and the like. A method of performing secondary electroforming and finally removing the masking in the groove is suitably adopted.
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 in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
金属母材をニッケル，断熱材粒子をジルコニア粒子にて
構成した第2,3図に示すごとき燃焼室（肉厚ｔ約6mm、口
径D80mm）の燃焼室を下記方法により製造した。A combustion chamber (thickness t about 6 mm, caliber D80 mm) as shown in FIGS. 2 and 3 in which the metal base material was nickel and the heat insulating material particles were zirconia particles was manufactured by the following method.
まず、アルミニウムで燃焼室母型６（第４図参照、第４
図において右端の直径80mm）を形成した。First, the combustion chamber matrix 6 is made of aluminum (see FIG.
The diameter of the right end in the figure is 80 mm).
次に、この母型を常法に従って前処理した後、下記組成
のジルコニア粒子分散電気ニッケルめっき液に浸漬し、
下記条件で複合めっきを行なった。Next, after pretreatment of this matrix according to a conventional method, it is immersed in a zirconia particle-dispersed electric nickel plating solution having the following composition,
Composite plating was performed under the following conditions.
めっき液組成 NiSO4・6H2O 320g/l NiCl2・6H2O 40 〃 H3BO3 35 〃 ピット防止剤 0.8 〃 ジルコニア粒子（粒径１μｍ） 400 〃 pH 4.2 めっき条件 めっき時間 1620分 陰極電流密度 ０ → 120分 0.5A/dm2 120 → 1500分 1.5 〃 温 度 45℃ 空気撹拌 100l/min 以上のめっき操作により、第５図に示したように0.7mm
のジルコニア粒子複合ニッケルめっき膜６が得られた
（第一次電鋳）。Plating solution composition NiSO 4・ 6H 2 O 320g / l NiCl 2・ 6H 2 O 40〃 H 3 BO 3 35〃 Pit inhibitor 0.8〃 Zirconia particles (particle size 1μm) 400〃 pH 4.2 Plating condition Plating time 1620min Cathode current Density 0 → 120 minutes 0.5A / dm 2 120 → 1500 minutes 1.5 〃 Temperature 45 ℃ Air stirring 100l / min By the plating operation above, 0.7mm as shown in Fig. 5
The zirconia particle composite nickel plating film 6 was obtained (primary electroforming).
このめっき膜６中のジルコニア粒子共析量は内面側から
外面側にかけて下記の通り減少する傾斜機能を有してい
た。The zirconia particle eutectoid amount in this plating film 6 had a gradient function that decreased from the inner surface side to the outer surface side as follows.
内面からの距離0.01mm 30容量％ 〃 約0.7mm ７ 〃 次に、第６図に示すように、上記複合ニッケルめっき膜
７の外面を溝８の軸方向に沿って所定数形成し、これら
溝８内にワックス９を充填して溝８内をマスキングした
後、上記めっき膜７上に更に下記組成の電気ニッケルめ
っき液を用いて下記の条件でニッケルめっきを施し、8m
mのニッケルめっき膜10を得た（第二次電鋳）。Distance from inner surface 0.01 mm 30% by volume 〃 about 0.7 mm 7 〃 Next, as shown in FIG. 6, a predetermined number of outer surfaces of the composite nickel plating film 7 are formed along the axial direction of the grooves 8 and these grooves are formed. 8 is filled with wax 9 to mask the inside of the groove 8, and then nickel plating is further performed on the plating film 7 under the following conditions using an electric nickel plating solution having the following composition.
A nickel plating film 10 of m was obtained (secondary electroforming).
めっき液組成 NiSO4・6H2O 320g/l NiCl2・6H2O 40 〃 H3BO3 35 〃 ピット防止剤 0.8 〃 pH 4.2 めっき条件 めっき時間 17000分 陰極電流密度 2.3A/dm2 温 度 40℃ 空気撹拌 弱 い 第二次電鋳終了後、アルカリ溶剤を用いてアルミニウム
製母型６を溶解除去し、更に溝８内のワックス９を除去
して第2,3図に示す燃焼室を得た。ここで、第2,3図は上
記第一次電鋳によるめっき膜７と第二次電鋳によるめっ
き膜10とを境界線を持って示したが、第一次電鋳による
めっき膜７の母相はニッケルであり、第二次電鋳による
めっき膜10もニッケルであるから、両めっき膜7,10は互
に完全に一体化されており、実際は図示したような境界
線は持たないもので、得られた燃焼室は、上記第二次電
鋳によるめっき膜10,即ち燃焼室外面層のジルコニア粒
子共析量が０％であり、全体として内面から外面にかけ
てジルコニア粒子共析量が漸減する傾斜機能を有してい
るものである。なお、上記燃焼室において、溝８は冷却
剤通路を構成する。Plating solution composition NiSO 4 · 6H 2 O 320g / l NiCl 2 · 6H 2 O 40 〃 H 3 BO 3 35 〃 pit preventing agent 0.8 〃 pH 4.2 Plating conditions plating time 17000 minutes cathode current density 2.3A / dm 2 Temperature 40 ℃ Air agitation is weak. After the completion of the second electroforming, the aluminum mold 6 is dissolved and removed using an alkaline solvent, and the wax 9 in the groove 8 is removed to obtain the combustion chamber shown in Figs. It was Here, FIGS. 2 and 3 show the plating film 7 formed by the first electroforming and the plating film 10 formed by the second electroforming with a boundary line. Since the mother phase is nickel and the plating film 10 formed by the second electroforming is also nickel, both plating films 7 and 10 are completely integrated with each other, and in reality there is no boundary line as shown in the figure. In the obtained combustion chamber, the zirconia particle eutectoid amount in the plating film 10 by the second electroforming, that is, the outer surface layer of the combustion chamber is 0%, and the zirconia particle eutectoid amount gradually decreases from the inner surface to the outer surface as a whole. It has a tilt function. In the above combustion chamber, the groove 8 constitutes a coolant passage.
このようにして得られた燃焼室の熱的効果を調べた結果
は第１表に示す通りである。なお、第１表には従来のニ
ッケル電鋳のみによる燃焼室の熱的効果の結果を併記す
る。The results of examining the thermal effect of the combustion chamber thus obtained are shown in Table 1. In addition, Table 1 also shows the results of the thermal effect of the combustion chamber obtained only by the conventional nickel electroforming.
第１表の結果から明らかなように、本発明により得られ
た燃焼室は、従来のニッケル電鋳品と比較して熱伝導率
をその内面において約６割に低減することができ、使用
時に燃焼室の内面温度は通常500℃程度になるが、この
ような高温を効果的に断熱し得ることが認められた。 As is clear from the results shown in Table 1, the combustion chamber obtained by the present invention can reduce the thermal conductivity to about 60% on the inner surface as compared with the conventional nickel electroformed product. Although the internal temperature of the combustion chamber is usually around 500 ° C, it was found that such high temperature can be effectively insulated.
また、従来のニッケル電鋳品の内面にジルコニア溶射層
を2mm形成した燃焼室は、燃料噴射直後にジルコニア溶
射層の脱落が生じ易いが、本発明のニッケル母材中にジ
ルコニア粒子が分散した複合皮膜においては、実際にテ
ストした結果ではかかる剥落やジルコニア粒子の剥落は
全く認められず、何の変化もないので、燃料噴射時の熱
衝撃に強いことが確認できた。Further, a combustion chamber having a zirconia sprayed layer formed on the inner surface of a conventional nickel electroformed product in a thickness of 2 mm is liable to drop out of the zirconia sprayed layer immediately after fuel injection, but a composite of zirconia particles dispersed in the nickel base material of the present invention. In the coating, the actual test results showed no such peeling or zirconia particle peeling, and there was no change, confirming that the coating is resistant to thermal shock during fuel injection.
本発明のロケットエンジン燃焼室は下記のような優れた
効果を有し、本発明の製造方法によればかかる燃焼室を
簡単に能率よく確実に製造できる。The rocket engine combustion chamber of the present invention has the following excellent effects, and according to the manufacturing method of the present invention, such a combustion chamber can be easily and reliably manufactured.
（イ）金属母材中の断熱材粒子の分散量が内面から外面
にかけて連続的に減少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、断熱剤が脱落したり、亀裂が発生すること
がなく、十分な断熱効果を発揮する。(B) Since the amount of heat insulating material particles dispersed in the metal base material has a gradient function that continuously decreases from the inner surface to the outer surface, even if the temperature inside the combustion chamber suddenly rises at the start of combustion of the rocket propellant, heat insulation The agent does not fall off and cracks do not occur, and a sufficient heat insulating effect is exhibited.
（ロ）金属母材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 base material, it is possible to prevent the rocket propellant used as a coolant from boiling and improve the cooling efficiency.
（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) While ensuring sufficient cooling efficiency, sufficient heat insulation effect can be exhibited, so the thickness of the combustion chamber can be made thinner and lighter, the cooling mechanism can be made smaller, and the entire combustion injection mechanism can be made lighter. Can be achieved.
（ニ）冷却剤の沸騰を防止でき、冷却効率が高まり、燃
焼室の内面に沿ってロケット推進薬を噴出させる必要が
なく、エネルギーロスがなく、小口径のものにも有効に
使用できる。(D) The boiling of the coolant can be prevented, the cooling efficiency is improved, there is no need to eject the rocket propellant along the inner surface of the combustion chamber, there is no energy loss, and it can be effectively used for those with a small diameter.
（ホ）金属母材中に断熱材粒子の共析量が内面から外面
にかけて連続的に減少する傾斜機能を有するため、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、
十分な強度を確保することができ、耐久性に優れたもの
である。(E) Since the eutectoid amount of heat insulating material particles in the metal base material has a gradient function of continuously decreasing from the inner surface to the outer surface, the wear resistance to the combustion gas ejected at an ultra high speed is sufficient,
Sufficient strength can be secured and durability is excellent.
第１図は本発明に係る燃焼室を説明する概略断面図、第
２図は本発明の一実施例の断面図、第３図は第２図のII
−II線に沿った断面図、第４図乃至第６図は第2,3図の
実施例を製造する方法を説明するもので、第４図は同方
法に用いる母型の断面図、第５図は同母型に第一次電鋳
を行なった後の断面図、第６図は第二次電鋳を行なった
後の第３図と同状の断面図である。 １…燃焼室体、２…金属母材、３…断熱材粒子。FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a combustion chamber according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is II of FIG.
-A sectional view taken along the line II, FIGS. 4 to 6 illustrate a method of manufacturing the embodiment of FIGS. 2 and 3, and FIG. 4 is a sectional view of a mother die used in the method. FIG. 5 is a cross-sectional view after the first electroforming is performed on the mother die, and FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 after the second electroforming is performed. 1 ... Combustion chamber body, 2 ... Metal base material, 3 ... Insulating material particles.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外川 守人 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 岡田 益雄 大阪府寝屋川市成田東ガ丘18―４ (72)発明者 松村 宗順 大阪府豊中市立花町１―４―26 (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 (56)参考文献 特開 昭62−24818（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Morito Sotokawa 10 Oemachi, Minato-ku, Nagoya, Aichi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Nagoya Aircraft Works (72) Inventor Masuo Okada 18 Narita Higaoka, Neyagawa, Osaka -4 (72) Inventor Munejun Matsumura 1-4-26 Tachibanamachi, Toyonaka City, Osaka Prefecture 72-72 (72) Inventor, Chiba, Exit 1-5-1, Hirakata City, Osaka Prefecture, Central Research Laboratory, Uemura Industrial Co., Ltd. (56) Reference Document JP-A-62-24818 (JP, A)
Claims (2)
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分散量が漸次減少するように
分散させた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 is uniformly dispersed in a metal base material forming a combustion chamber body made of a metal rocket engine so that the amount of dispersion gradually decreases from the inner surface to the outer surface of the combustion chamber body. A rocket engine combustion chamber characterized by.
材粒子を分散させた金属めっき液中に浸漬してめっきを
施し、上記母型の外面に金属めっき母相中に断熱材粒子
が分散複合した金属−断熱材粒子複合めっき膜を形成し
た後、上記母型を除去して、上記複合めっき膜よりなる
ロケット燃焼室を製造するに当り、上記めっき時におけ
るめっき条件又はめっき液中の断熱材粒子の分散量を漸
次変化させて、上記複合めっき膜中の断熱材粒子の共析
量が漸次減少するようにめっきを施すことを特徴とする
請求項１記載のロケットエンジン燃焼室の製造方法。2. A rocket engine combustion chamber forming mother die is dipped in a metal plating solution in which heat insulating material particles are dispersed to perform plating, and heat insulating material particles are dispersed in the metal plating mother phase on the outer surface of the mother die. After forming a composite metal-insulator particle composite plating film, the mother die is removed to manufacture a rocket combustion chamber composed of the composite plating film, and the plating conditions during the plating or heat insulation in the plating solution The method for producing a rocket engine combustion chamber according to claim 1, wherein the dispersion amount of the material particles is gradually changed to perform plating so that the eutectoid amount of the heat insulating material particles in the composite plating film gradually decreases. .
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|---|---|---|---|
| JP17678588A JPH079221B2 (en) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | Rocket engine combustion chamber and manufacturing method thereof |
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| JPH0227151A JPH0227151A (en) | 1990-01-29 |
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1988
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