专利名称：制造用于火箭发动机燃烧室的高热通量再生回路的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造一高热通量再生回路的方法，其中再生回路包括一结构，此结构具有一同一第一流体相接触的内工作表面以及一套形成在结构本体中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道，所述方法包括绕一可再用支承芯使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面形成结构。
本发明还涉及一种由此方法得到的高热通量再生回路，如火箭发动机燃烧室。
组成高热通量再生回路的结构用于不同的场合，例如在热交换器中，在由循环冷却液冷却的涡轮叶片中，或在燃烧室的壁中。
从而，燃烧室例如火箭发动机的燃烧室和排气口尤其是使用液体推进剂的发动机具有同构成一高温介质的燃烧气体相接触的壁，这种壁通常在其处于运行状态下会变冷。
一常用的冷却技术在于对这种腔室的壁提供冷却通道。这运用于卫星发射器和太空船，也应用于卫星推进器、核反应堆、以及高效率的锅炉中，而且它也可以用于高速行驶的运载工具中的隔热板和头部。
具体对火箭发动机而言，为了加工燃烧室的壁以使沿纵向延伸的冷却通道能包括在其中，而提出了许多不同的方法，其中通道传送一种可以是用于推进火箭发动机的推进剂中的冷却液，这样冷却系统就构成了一再生系统。
然而制造这种燃烧室的技术实施起来很困难，时间很长，而且成本高。
在特定的具体应用中，能通过使一热流体经形成在腔室壁中的通道循环加热一冷的腔室也很有用，这也构成了一再生回路。
在一制造液体推进剂火箭发动机再生冷却燃烧室的第一种技术中，冷却通道在由一整块良好的导热体金属如铜形成的一内本体中形成。冷却通道由本体的隔板相互分开，并且由电解淀积多层镍形成一外层，其中交替进行在每层电解淀积之间必须的加工修正。在电解淀积之前通过施加一具有传导性的树脂关闭通道。
图14示出了使用此技术制成的一燃烧室的例子。
通过锻造一金属材料如Narloy Z制成的一内层104具有加工制成的冷却通道105。
关闭通道105的一层107由电解淀积形成且其本身由镍层覆盖，而镍层同样由电解淀积形成。由一超级合金如Inconel-718制成的外壳109的各种部件通过电电子束焊接经结合部110装在一起。
形成燃烧室内层104以及通过电解淀积关闭通道105的操作构成了此方法的主要缺点。这些操作时间很长，且成本很高。此外，每个用于腔室部件最终组件的焊接部110存在潜在的断裂的危险。在第二种制造燃烧室的现有技术中，进行了通过使用等离子形成法以清除那些缺点的尝试。
图15示出了使用所述第二种制造技术形成的一燃烧室的一例子，此项技术在于通过热喷镀特定合金粉末形成所有的燃烧室结构的部分。
在这种方法中，燃烧室的壁是从燃烧室内侧开始向外侧形成的，在这种方法的一个例子中，一喷镀芯1由低碳钢制成，加工成符合要获得的燃烧室的内部尺寸。
于是首先在部分真空下使用铜合金(Narloy Z，厖)进行第一次喷镀，以在芯1的表面上形成未来腔室的层4。接下来的操作在于加工冷却通道5以及在其中填充一可消耗的填充材料。在通过加工去除多余的填充物后，在部分真空下的第二次喷镀铜合金的操作使可以形成一层7以关闭通道。紧接此后，直接在铜层上通过热喷镀形成超级合金壳8。最后的操作在于通过化学方法去除填充材料，以打开通道5并且还可以移去喷镀芯1。
还提出建议提供一由多个部分构成的一支承芯，从而可以使芯再使用。例如，一个芯可以由两个不锈钢锥形体构成，两个锥形体相互之间由一低碳钢垫圈隔开，而此组件覆盖有一钢镀层。当燃烧室制成后，伴随着溶解位于冷却通道中的嵌件垫圈和钢镀层溶解。两个锥形体从而可以取下并回收。
然而，现有方法仍不十分令人满意，具体说是因为嵌件溶解和临时层消除的过程很慢，以及因为以令人满意的方式制造大尺寸的结构很困难。
本发明的目的是消除上述缺点并能以一种比现有技术方便得多的方式制造再生回路结构，同时还可以优化所制结构的特性，即使当结构尺寸较大且承受高热通量时亦然。
根据本发明这些目的是由一种制造一高热通量再生回路的方法实现的，其中再生回路包括一结构，此结构具有一同一第一流体相接触的内工作表面以及一套形成在结构本体中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道，所述方法包括绕一可再用支承芯使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面形成结构，其特征在于此方法包括以下步骤a)绕一转动轴线放置一反映结构内侧面的支承芯，支承芯由一种热膨胀系数接近或略大于结构的材料制成。
b)由一种不同于支承芯及结构本体的材料在支承芯上形成一中间层；c)形成一系列均匀沿芯分隔开并朝向所述中间层开口的通道，每个通道设有包括一有机粘合剂和金属粉末混合物的可溶嵌件；d)预热支承芯至高于约850℃的温度并在真空或低压下由一等离子喷管通过热喷镀形成结构的本体，同时保持支承芯的温度在所述的高于850℃的温度下；e)在结构本体的外侧中加工槽形通道而不用拆除支承芯；f)向结构本体中的通道填充由有机粘合剂和金属板粉末混合物组成的可溶嵌件；g)在预热及同时保持支承芯在高于850℃的温度下之后形成一层关闭结构本体中的通道并由一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成结构的一外表层；h)去除结构本体的通道中的可溶嵌件、绕支承芯形成的通道中的可溶嵌件以及中间层；以及i)撤出可再用的支承芯。
根据一优选特征，在填充形成在结构本体中或绕支承芯形成的通道之前，在形成通道的槽底部插入管状嵌件细丝，以使随后可以通过在可溶嵌件下的通道底部形成腔室。在下面的热喷镀步骤之前取出细丝或管状嵌件。
在一具体实施例中，用可溶嵌件填充结构本体中的通道的步骤包括不完全填充通道的操作，之后是热喷镀一金属材料的步骤，它结束了对通道的填充，以形成一金属层，此金属层还盖住通道之间的肋，然后是加工所述金属层表面的步骤，直到露出所述肋的自由顶部。
当制造大尺寸结构时，在预热支承芯至一高于850℃的温度而进行热喷镀的操作中，通过接近支承芯的一另外的加热装置在整个热喷镀的过程中提供额外的热量。
根据本发明一特别的特征·结构的本体是由热喷镀一Cu-Ag-Zr合金粉末制成；·支承芯是由纯铜制成；·中间层是由热喷镀铁粉制成；·细丝状嵌件基于聚酰胺树脂的细丝构成；·热喷镀一金属材料以结束填充通道的步骤包括通过一等离子喷管在真空或低压下热喷镀铁粉；·形成一层以关闭结构本体中的通道的步骤在于热喷镀Cu-Ag-Zr合金粉末，而形成一外表层的步骤在于热喷镀一基于镍的合金粉末，如一种由MONEL K500或NU30AT构成的镍-铜基合金；以及·从结构本体中的通道或从绕芯形成的通道去除可溶嵌件的步骤是由循环一液体如盐酸完成的。
此方式可以包括一在结构的本体中形成关闭通道的层的步骤与形成一外表层的步骤之间通过热喷镀形成一能渗透铜层的额外步骤。
在本发明一第一优选实施例中，形成一系列通常绕芯分布的通道的步骤c)在形成一中间层的步骤b)之前进行，并包括在芯安装在所述的转轴上之后从芯外侧加工它们以得到槽形通道，以及用一种有机粘合剂和金属粉末混合物组成的可溶嵌件填充支承芯中的所述通道。
在此例中，此方法可以进而在形成一中间层的步骤之后包括一额外的步骤，此额外步骤在于用一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成一低粗糙度的层，此低粗糙度层由一种形成金属型或氧化物型的绝热层制成。
示例性的，绝热层是通过热喷镀一种超级合金MCrAlYTa制成。
最好，绝热层是在喷镀超级合金之前通过喷镀含钇的氧化锆粉末形成以形成一由所述含钇的氧化锆材料组成的表面层。
在另一具体实施例中，形成一系列通常绕芯分布的通道的步骤c)在形成一中间层的步骤b)之后进行，并包括在中间层上喷镀一铜基合金，加工此铜基合金以限定一径向肋，在其之间使间隙构成所述的通道，以及用一种有机粘合剂和金属粉末混合物组成的可溶嵌件填充所述通道。
在此例中，它进而包括喷镀一额外的铁制层以填充在可溶嵌件之上保持空的通道的部分并且还盖住肋的步骤，以及加工所述额外铁制层以露出铜基肋从而在每个可溶嵌件上只保留一薄的铁制层，所述层与肋的自由面贴齐。
此第二实施例形成了一有肋的热交换器型的再生回路的结构。
作为一变化的实施例它可以获得在第一实施例的框架内的一种有肋的热交换器型的再生回路的结构，其中形成一系列通常绕芯分布的通道的步骤c)在形成一中间层的步骤b)之前进行，通常绕芯分布的通道从外侧在芯里加工。
根据此变化的实施例，此方法进而在支承芯上形成一中间层的步骤b)之后包括一另外的步骤b1)，即在中间层中加工具有一高度h和一宽度l的外槽，以使h/l≤1，以随后在通过热喷镀制造结构的本体的步骤中形成径向肋。
这样本发明方法第一实施例的这种变化使得可以形成长度小的径向肋，它避免了需要在中间层上通过喷镀一层材料形成一绝热层，但肋不界定向中间层表面开口的主通道。主通道通过从外侧在芯里加工形成。
本发明的方法可以以一种通常的方式用来制造一由一热交换器构成的结构。
本发明的方法特别适用于制造一由一高热通量燃烧室如一火箭发动机特别是一种大功率低温火箭发动机燃烧室及一排气口构成的结构。
本发明还提供了由上述制造方法的不同实施获得的再生回路。
本发明的其它特征和优点将通过下面示例性地及参照附图给出的具体实施例描述而体现，其中图1是通过本发明制造方法得到的一再生回路一壁的剖视图，示出了构成最终再生回路的各种部件以及在本方法实施中暂时出现的各种部件；图2是一示意图，示出了用于实施本发明方法的一装置例；图3至图5是在本发明制造方法的不同阶段中一再生回路一壁的剖视图；图6是一当实施本发明方法时可使用的一可再用的支承芯例子的轴向剖视图；图7是沿图6中Ⅷ-Ⅷ线上的一剖视图；图8是图7的一局部放大图，示出了制造可再用的支承芯的局部过程；图9是一再生回路的一壁的剖视图，示出了在用于制造一有肋的热交换器壁的特别实施例的情况下制造过程的一部分；图10是绝热层型的本发明一再生回路一最终壁的剖视图；图11是有肋的热交换器型的本发明一再生回路一最终壁的剖视图；图12是一再生回路一壁的剖视图，示出了在用于制造一有肋的热交换器的一壁的另一特别实施例的情况下制造过程的一部分；图13是连续给出本发明制造方法主要步骤的一流程图；图14是使用基于现有的电解淀积法制造的一再生回路一壁的剖视图；而图15是使用基于现有的等离子形成法制造的一再生回路一壁的一剖视图。
本发明方法具体的执行过程通过参照制造高热通量再生回路而描述，其中所述回路由限定火箭发动机燃烧室或排气口的空心结构构成。
图2示出了这种火箭发动机排气管30的一种水漏型例子，通常包括一上部31，上部31形成一向下朝向一喉口32会聚的燃烧室本身，喉口32由一发散的下部33延伸。对使用液体推进剂火箭发动机，推进剂的组分注入形成燃烧室的上部31中，而燃烧产生的气体通过喉口32以及排气口的发散部33排出，以产生所需的推进力。排气口30的壁设有基本纵向延伸并传送一冷却液的通道150，其中冷却液可以是推进剂组分之一，用于冷却其内表面同热气接触的排气口30的壁。通道150的形状必须仔细确定且它们必须分布的排气口30的整个周边上，以确保对最优性能适当的热交换。这就是为什么在制造一高质量低成本的产品时制造由排气口30构成的再生回路的方法是至关重要的。
本发明的制造方法在于从与热气体相邻的结构的壁的工作表面开始通过热喷镀构成结构材料。
对一种燃烧室，从邻近热气的工作表面构成一壁相当于从其内侧面开始到其外表面形成结构。这种过程对具有一气体流动的非常小的内部腔室以及对具有大尺寸的腔室都适合。
本发明方法的第一步是制成一支承芯11，其外表面表示将形成的结构10的内侧面。图6和7示出了一种支承芯11的例子，它设计成可再用并用作在制作由例如排气口30构成的结构10的过程中发生的热喷镀和制造过程的工具。
芯11由两部分111和112组成，这两部分通过其最窄的相应于要制造的排气口的喉口的截面部分彼此连接。两部分111和112可由其位于喉口中的端部111A和112A通过相互连接而结合。芯11有一个穿过其中并位于芯11纵向中心处的轴113。中轴113本身紧固在一连接在腔115中并由键连在芯的部分111上的轴114上，以使芯11可以由紧固在轴114上的一转盘21(图2)转动。一例如设在轴113端部的芯部分112的腔室116中的如螺栓螺母型的连接装置118与一垫圈117一起共同将两个芯部分111和112夹在一起。
芯11由一种热膨胀系数非常接近或略大于构成形成结构本体型面的材料制成。这使得型面准确而没有由于支承芯11膨胀产生的误差，并大大减少浇铸材料的过程中的应力级别。
例如，如果一再生回路的本体14是Cu-Ag-Zr合金钢，那么芯11可以是纯铜制成。
根据本发明方法的另一方面，在芯制成之后而在浇铸材料以形成要制造的结构之前，在芯11整个外表面上设有一中间层12(图1和图3至图5)，此层12由一种不同于芯11和结构10的材料制成，这种材料可以在制造结构11的过程最后通过化学分解的方式消除，以使形成的结构10可以从芯11上分离开而不损坏芯，从而使芯可以再用并由于其由两个可分开的部分111和112(图6)组成的方式使其取出很容易。
分隔芯11与结构10的中间层12可以是如铁制成。它可以通过由一机器人22控制的一等离子喷管23在真空或低压下热喷镀铁粉末而喷镀，其中支承芯11垂直位于一转盘21上并由一连接轴114(图2和6)强迫与转盘21一起转动。用一等离子喷管在真空中热喷镀的方法也叫做真空等离子喷镀(VPS)法，其本身已公知因此不需要做更详细的描述。
根据本发明一特别的实施例，为了方便并加速中间层12的分解，以便在制造结构10的过程中最后将芯11分开和脱离，在安装在转盘21上的芯11的外周表面上设有形成在芯中的槽形纵向通道120。在将中间层12喷镀在芯11上之前，在槽120的底面设有细丝状嵌件如塑性材料如基于聚酰胺树脂的一种材料，接着在通道120中填充由有机粘合剂和金属粉末(图8)混合物构成的可溶性嵌件122。细丝状嵌件从而可取出以在每个通道120底部中形成一空间121A，而可溶性嵌件122关闭通道120，从而可以继续喷镀中间层12。
在芯11的周边设有通道120以及通道仅由可溶嵌件122部分关闭方便了在制造用等离子形成的结构10的最后过程溶解中间层12的操作。当通过使一种液体如盐酸循环而产生化学分解时，盐酸可以容易地循环并立即进入通道120的底部中，从而开始溶解可溶嵌件120，然后当它们完全分开时沿芯11的通道120循环，而且可以很快分解中间层，即没有足够的时间侵蚀由铜或镍基合金制成的芯本体或结构10的部件。
在中间层12喷镀在支承芯11上之后，而且可以是在产生一加工操作之后而使芯11保持在转盘21上以得到要制造的结构10的精确型面，制造结构10的过程可以从热喷镀一绝热层的精细层13在中间层12上形成材料开始。通过甚至在形成结构10的其余部分之前在支架11、12上喷镀形成的绝热层使得最后可得到具有低粗糙度的结构10的一表面13，在此喷镀层13的粗糙度由中间层12的粗糙度制约。
绝热层13可以由一种超级合金或由带有或不带有含钇的氧化锆表层的MCrAlYTa构成。
绝热层13由与随后用于形成结构10的本体14相同的热喷镀法(VPS)制成，并且它使用与参照图2描述的相同的方式形成。由于在随后的所述层和铜基再生回路本体14之间的喷镀过程中产生的相互扩散，使得绝热层13可以保证具有良好的粘性。
铜基材料的结构10的本体14通过热喷镀形成在支承芯14上，尤其是通过等离子喷管23进行的真空喷镀或低压喷镀。喷镀的金属粉末可满足获得精细喷镀(化学成分、物理特性)的质量标准，而且粉末的颗粒大小可适应喷镀条件。当喷Cu-Ag-Zr时粉末颗粒尺寸小于106μm，且最好位于10μm至63μm的范围内，并且它含氧成分低(小于150ppm)。
在支承芯11已预热至超过850℃后，同制造绝热层13一样制造本体14的热喷镀产生在支承芯11上，并且此温度需要保持在整个热喷镀过程中。对大尺寸的部件，此温度由一额外的加热装置24(图2)保持，根据部件的直径，此装置24可以依靠焦耳效应、感应加热、或者一额外的等离子喷管加热，其中额外的等离子喷管不用于喷镀一金属粉末且其操作特性可以为单独的加热功能优化。额外加热的条件对获得一具有良好机械性能的喷镀层很重要。
接着用常规方法在本体14上形成通道150，而同时从作为定位工具的喷镀支承芯11上获益。因此不需要在制造过程中的连续操作之间安装或拆卸工具。不管腔室尺寸大小通道150可以从外侧加工对尺寸小的腔室没有困难。
象芯的通道120一样，通道150部分填有可溶嵌件152，它由一种有机粘合剂和一种金属粉末组成。这种嵌件不管结构10的型面以及通道150断面的任何变化而配合。在通道底部，如在支承芯11的通道120中，通过临时使用塑性材料151如基于聚酰胺(图3)的细丝或管形成腔151A(图1和4)。实际中，细丝151在一形成可溶嵌件152后就取出，从而甚至在下面喷镀一额外的层16A的步骤之前在通道150的底部中形成一间隙151A(同图3中所述相反，其中层16A在图中所示已存在)。空间151A存在于通道150底部之中在通过使酸立即沿通道150整个长度循环而化学溶解可溶嵌件152以及额外层16A其余部分的过程中起了一重要的作用。在此方式中，化学溶解可溶嵌件152以及额外层16A的其余部分16的时间大大节省了，同发生在制造过程最后的溶解中间层12的情况一样可使芯11取出，且这一操作从酸沿芯11的通道120的加速循环中获益。
由位于细丝嵌件151之上的可溶嵌件152构成的嵌件15位于通道150中而相对于各通道150之间本体14的肋140在通道顶部形成各自的小凹口(图3)。结果，在随后用热喷镀(VPS)形成一额外层16A例如一铁层的过程中，由于在渗入通道150凹入的顶部的层16A的部分16之间产生的连接使铁带有足够的粘性喷镀。
然后最好是在真空或低压下通过热喷镀铁完成通道150最后的填充。喷镀层16在表面加工使本体14的肋140的顶部露出之后(图4)能确保通道截面的精度和下面的层17所需的粗糙度。
有时，如果对通道150端面的精度和所需的粗糙度的要求不严格，新层17可以直接喷镀在可溶嵌件152的有机粘合剂上，而在此情况下嵌件与肋140的顶部贴齐。由喷镀一个层16A并加工此层直到只有部分16保持结束通道150组成的步骤可以省略。
在所有情况下，由一材料层17关闭通道150以及将材料集结以形成一外表面18都是由热喷镀、尤其是使用相同的等离子喷管23进行真空喷镀或低压喷镀完成的，使得正在构成的结构10保持在位于转盘21适当位置中的芯11上的适当位置上。当形成绝热层13和本体14时，在芯11预热至高于850℃并在整个喷镀过程中保持此温度后，构成关闭通道150的层17和构成外表面18的热喷镀作用在支承芯11上，其中热量由额外的加热装置24送到适当处。
通道150开始时如通过热喷镀Cu-Ag-Zr合金粉末关闭，以形成闭合层17，接着通过热喷镀一如镍基合金粉末形成外表面层18。
当喷镀Cu-Ag-Zr时，粉末颗粒大小在10μm至63μm范围内，而且粉末应具有一低含氧量(＜150ppm)。
对于形成表层18的合金的优化选择应在喷镀可能性、物理特性、相互扩散以及热处理循环相似性方面考虑与基于铜(如Cu-Ag-Zr)的内层17的兼容性。当制造一种基于铜包括Cu-Ag-Zr的再生回路腔室时，使用的合金是基于镍-铜型的(MONEL K500或NU30AT)。
如上所述，在表层18形成后，结构10的本体14的通道150中的可溶嵌件152、支承芯11的通道120中的可溶嵌件、以及使用铁喷镀的中间层12、16都通过使盐酸在一除去空气的传导体中循环而去除。由于存在间隙，如本体14中的通道150底部中的151以及芯11中通道120底部中的间隙，并在通道150和120全长范围延伸，酸的循环很快，从而加速了结构的制造过程同时保证了最终的结构10或芯11的部件不受侵蚀。
芯11在整个制造过程中保持固定在结构10上并从而起用于热喷镀和加工步骤的工具之用是很重要的。因此其定位可以很精确并且即使本体14的壁厚很小如0.7mm或更小时也可以加工通道150。
图1是根据本发明完成的一再生回路10的一剖视图，包括一绝热层13，一本体10，一关闭通道150的层17以及一外表层18。图1还示出了在制造过程中起临时作用而在再生回路的最终结构10中不存在的部件，即支承芯11、一中间层12、包括细丝状嵌件151和可溶嵌件152的嵌件15，以及一层盖住通道150的部件16。
图10是当制造一个具有以上述方式形成的绝热层的再生回路时由本发明方法得到的最终产品的一剖视图的局部图。在此例中，绝热层13可以包括一薄的如基于氧化锆的第一绝热层113，以及一基于MCrAlY合金的第二绝热层132。绝热层13形成在层14内表面上，层14由铜合金制成且其通道150由铜合金17关闭，而合金层17本身由镍层18盖住。
在一变化的实施例中，在再生回路制造过程中可以喷镀一能渗透的层17’，例如通过在铜基合金层17和镍基合金层18之间用等离子形成一能渗透的铜层，此能渗透层可以在喷镀镍基合金层18之前通过直接在铜基层17上热喷镀而得到。这种能渗透层17’可以选择。
图13是总结本发明制造方法一实施例的主要步骤201至212的一流程图。
步骤201则包括制造一成形的支承芯11，如基于纯铜并设计成可再用及如果要制造的结构形状需要可由两部分组成，芯设有通过加工其周边形成的纵向通道或槽120。
步骤202包括将嵌件放入通道120中，其中细丝状嵌件暂时位于通道120底部，且可溶嵌件122由有机粘合剂和粉末制成，之后将细丝状嵌件取出从而在通道120的底部中剩下一腔室121A。
步骤203在于在装有其可溶嵌件122的支承芯11上喷镀一中间层12，喷镀通过热喷镀完成，随后加工中间层12以精确限定结构10的内侧面。
步骤204在于通过热喷镀形成一绝热层13，支承芯保持在高于850℃的温度。
步骤205包括通过热喷镀形成结构10的本体14，支承芯保持在高于850℃的温度。
步骤206包括在结构10的本体14的外面中加工表面和通道150。
步骤207包括将嵌件15放入通道150中，使细丝嵌件151暂时处于通道150的底部中，可溶嵌件152由有机粘合剂和粉末制成，而将细丝状嵌件151取出以在通道150底部中形成腔室151A。
可选择的步骤208在于通过热喷镀在本体14上喷镀一层纯铁16A，使层固定在通道150顶部中，而层16A限定了通道150的形状和粗糙度。
与步骤208相关的步骤209在于加工层16A，以在通道150之间露出本体14肋140的顶部。
步骤210在于通过热喷镀关闭通道150，从而形成一闭合层17而同时将支承芯11保持在高于850℃的温度下，并在热喷镀一材料以形成一外表层18中仍保持所述温度，在喷镀外表层18之前使一能渗透层17′可选择地喷镀。
步骤211在于加工构成再生回路的结构10的槽和外侧。
步骤212是最后一步，其中仍位于通道120和150中的可溶性嵌件与纯铁的中间层12和16一起化学溶解，而酸沿通道120和150底部快速循环，之后支承芯11可回收。
参照图9，以下描述了导致一再生回路的本发明方法的一特别实施例，在再生回路中图10回路的绝热层13由一个具有径向肋19A的有肋的热交换器代替，肋19A在其之间产生纵向通道195A。
在图9的情况中，在以一种可与上述相类似的方式在芯11之上形成一铁的中间层12的步骤之后，接着是在中间层12上喷镀一铜基合金层如Cu-Ag-Zr合金的步骤，之后是加工铜基合金的步骤，以限定径向肋19A，在其之间形成空腔或通道195A。
在此特别实施例中，径向肋19A的高度h很大，以致于肋的高度h与宽度l之间为比大于1，以便肋19A在其之间限定间隙195A，间隙195A的高度基本与图8示出的实施例的芯11的通道120相等。
此后，表现为通道的空腔195A以一种与上述部分填充芯11中的通道120或本体14中的通道120相似的方式填充。在此方式中，细丝状嵌件可暂时插入肋19A之间的间隙195A中的底部中，以使所述间隙195A由可溶嵌件192部分填充，在嵌件192底下当去除细丝状嵌件时形成腔191A。最好保持可溶嵌件192从肋19A顶部收回以使一层铁可以通过VPS法喷镀，所述层填充在可溶嵌件192之上的间隙195A的空部并还盖住肋19A。
以下步骤包括加工铁制层，以便露出铜基合金肋19A，同时在每个可溶嵌件192顶部只留下一个薄层193，所述层193与肋19A的顶面贴齐。然后喷镀一铜基合金以形成再生回路的本体14，之后，以一种同以上参照图3至5的描述相同的方式在其中加工通道150，通道150通过图3所示的可溶嵌件152部分填充，通过VPS法(如图3所示)喷镀一铁制层，而且对所述铁制层进行加工以使限定在通道150之间的肋或缘140露出(如图4所示)。
以下步骤在于喷镀一铜基合金17然后喷镀一镍合金18。在一种变化中，在喷镀镍合金18之前也可以在铜基合金17上喷镀能渗透的铜层17′。
最后一步在于使酸在形成于肋19A之间的腔191A中循环，以快速溶解可溶嵌件192、残余铁层193以及铁制中间层12，并使芯可以回收和再利用。
可以看出当根据以上参照图9所述的方法的变化制成一再生回路时，肋19A的存在起在其之间限定腔195A的作用，腔195A打开后面向形成在芯11上的中间层12。在此情况下，这些腔195A可以起芯11的腔120的作用，而芯11可以是常规结构而不用带有凹槽。不过上述参照图9的方法同如图8所示的使用一有凹槽的一致。在此情况下，只在芯体11中的中间层12一侧上形成一第一系列腔室120，而在中间层12另一侧上同本体14相连的肋19A之间形成一第二系列腔室195A。
参照图11和12，描述了本发明方法的另一个实施例，其形成的再生回路中图10回路的绝热层13由一有肋的热交换器代替，热交换器具有径向肋19B，肋19B在其之间形成纵向通道195B，径向肋19B的高度h较小，使得径向肋19B的高度h与宽度l之间的比小于或等于1。在此特别实施例中，在支承芯11上形成一中间层12的步骤发生在形成一系列均匀绕芯11分布的通道120的步骤之后，槽形通道120从芯11外侧加工而成并如前所述尤其是参照图13由可溶性嵌件填充。
根据图12的特别实施例，此方法包括在支承11上形成一中间层12的步骤之后，进行一另外步骤，它在于在中间层12中加工外槽，外槽高度为h而宽度为l,h/l≤1，以使径向肋19B可以在随后通过热喷镀形成结构10的本体14的步骤中形成。
在此情况中，肋19B之间的腔195B由中间层12的材料占据，直到此中间层12溶解而与图9的腔195A相反此腔195B不能限定面向中间层12开口的通道。因此在图12的实施例中，在芯11的周边设有通道120是必须的而不仅是有选择的。
图11示出了在中间层12已溶解后，根据参照图12所述的方法制成的一壁的部分情况。
权利要求
1．一种制造一高热通量再生回路的方法，其中再生回路包括一结构(10)，结构(10)具有一同一第一流体相接触的内工作表面(13)以及一套形成在结构(10)本体(14)中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道(150)，所述方法包括绕一可再用支承芯(11)使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面(13)形成结构(10)，其特征在于此方法包括以下步骤a)绕一转动轴线(113)放置一反映结构(10)内侧面的支承芯(11)，支承芯(11)由一种热膨胀系数根据接近或略大于结构(10)的材料制成。b)由一种不同于支承芯(11)及结构(10)的本体(14)的材料在支承芯(11)上形成一中间层(12)；c)形成一系列均匀沿芯(11)分隔开并朝向所述中间层(12)开口的通道(120；195A)，每个通道(120,195A)设有包括一有机粘合剂和金属粉末混合物的可溶嵌件；d)预热支承芯(11)至高于约850℃的温度并在真空或低压下由一等离子喷管通过热喷镀形成结构(10)的本体(14)，同时保持支承芯(11)的温度在所述的高于850℃的温度下；e)在结构(10)本体(14)的外侧中加工槽形通道(150)而不用拆除支承芯(11)；f)向结构(10)本体(14)中的通道(150)填充由有机粘合剂和金属板粉末混合物组成的可溶嵌件(152)；g)在预热及同时保持支承芯(11)在高于850℃的温度下之后形成一层(17)关闭结构(10)本体(14)中的通道(150)并由一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成结构(10)的一外表层(8)；h)去除结构(10)本体(14)的通道(150)中的可溶嵌件(152)、绕支承芯形成的通道(120；195A)中的可溶嵌件以及中间层(12)；以及i)撤出可再用的支承芯(11)。
2．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于在填充形成在结构(10)本体(14)中或绕支承芯(11)形成的通道(150,120)之前，在形成通道(150,120)的槽底部插入管状嵌件细丝，以使随后可以通过在下面的热喷镀步骤之前取出细丝状嵌件(151)而在通道(150,120)的底部中可溶嵌件(152)下形成腔室(151A)。
3．根据权利要求1或2所述的一种方法，其特征在于用可溶嵌件(152)填充结构(10)本体(14)中的通道(150)的步骤包括不完全填充通道(150)的操作，之后是热喷镀一金属材料的步骤，它结束了对通道(150)的填充，以形成一金属层(16A)，此金属层(16)还盖住通道(150)之间的肋(140)，然后是加工所述金属层(16A)表面的步骤，直到露出所述肋(140)的自由顶部。
4．根据权利要求1至3中任一项所述的一种方法，其特征在于在预热支承芯(11)至一高于850℃的温度而进行热喷镀的操作中，通过接近支承芯(11)的一另外的加热装置(24)在整个热喷镀的过程中提供额外的热量。
5．根据权利要求1至4中任一项所述的一种方法，其特征在于结构(10)的本体(14)是由热喷镀一Cu-Ag-Zr合金粉末制成。
6．根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于支承芯(11)是由纯铜制成。
7．根据权利要求1至6中任一项所述的一种方法，其特征在于中间层(12)是由热喷镀铁粉制成。
8．根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于细丝状嵌件(151)由基于聚酰胺树脂的细丝构成。
9．根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于热喷镀一金属材料以结束填充通道(150)的步骤在于通过一等离子喷管在真空或低压下热喷镀铁粉。
10．根据权利要求1至9中任一项所述的一种方法，其特征在于形成一层(17)以关闭结构(10)本体(14)中的通道(150)的步骤在于热喷镀一Cu-Ag-Zr合金粉末，而形成一外表层(18)的步骤在于热喷镀一基于镍的合金粉末，如一种由MONEL K500或NU30AT构成的镍-铜基合金。
11．根据权利要求1至10中任一项所述的一种方法，其特征在于它包括一在结构(10)的本体(14)中形成关闭通道(150)的层(17)的步骤与形成一外表层(18)的步骤之间通过热喷镀形成一能渗透铜层(17′)的额外步骤。
12．根据权利要求1至11中任一项所述的一种方法，其特征在于从结构(10)本体(14)中的通道(150)或从绕芯(11)形成的通道(120)去除可溶嵌件(152)的步骤是由循环一液体如盐酸完成的。
13．根据权利要求1至12中任一项所述的一种方法，其特征在于形成一系列通常绕芯(11)分布的通道(120)的步骤c)在形成一中间层(12)的步骤b)之前进行，并包括在芯(11)安装在所述的转轴(113)上之后从芯(11)外侧加工它们以得到槽形通道(120)，以及用一种有机粘合剂和金属粉末混合物组成的可溶嵌件填充支承芯(11)中的所述通道(120)。
14．根据权利要求13所述的一种方法，其特征在于它进而在形成一中间层(12)的步骤之后包括一额外步骤，此额外步骤在于用一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成一低粗糙度的层(13)，此低粗糙度层(13)由一种形成金属型或氧化物型的绝热层制成。
15．根据权利要求5和14所述的一种方法，其特征在于绝热层(13)是通过热喷镀一种超级合金MCrAlYTa制成。
16．根据权利要求15所述的一种方法，其特征在于绝热层(13)是在喷镀超级合金之前通过喷镀含钇的氧化锆粉末形成，以形成一由所述含钇的氧化锆材料组成的表面层。
17．根据权利要求1至12中任一项所述的一种方法，其特征在于形成一系列均匀绕芯(11)分布的通道(195A)的步骤c)在形成一中间层(12)的步骤b)之后进行，并包括在中间层(12)上喷镀一铜基合金，加工此铜基合金以限定一径向肋(19A)，在其之间使间隙构成所述的通道(195A)，以及用一种有机粘合剂和金属粉末混合物组成的可溶嵌件(192)填充所述通道(195A)。
18．根据权利要求17所述的一种方法，其特征在于它进而包括喷镀一额外的铁制层以填充在可溶嵌件(192)之上保持空的通道(195A)的部分并且还盖住肋(19A)的步骤，以及加工所述额外铁制层以露出铜基肋(19A)从而在每个可溶嵌件(192)上只保留一薄的铁制层(193)的步骤，所述层(193)与肋(19A)的自由面贴齐。
19．根据权利要求13所述的一种方法，其特征在于它进而在在支承芯(11)上形成一中间层(12)的步骤b)之后包括额外的步骤b1)，即在中间层(12)中加工具有一高度h和一宽度l的外槽(196)，以使h/l≤1，以随后在通过热喷镀制造结构(10)本体(14)的步骤中形成径向肋(19B)。
20．根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于细丝或管状嵌件由一塑性材料如一聚酰胺树脂制成。
21．根据权利要求1至20中任一项所述的一种方法，其特征在于它用来制造由一种高热通量燃烧室构成的结构(10)，尤其用于一火箭发动机。
22．根据权利要求1至20中任一项所述的一种方法，其特征在于它用来制造由一种热交换器构成的结构(10)。
23．由根据权利要求1至22中任一项所述的方法得到的一种再生回路。
全文摘要
一再生回路结构(10)具体由实施以下步骤构成:·在一反映结构(10)内侧面的支承芯(11)上制成一中间层(12);·制成一系列均匀绕芯(11)分布的通道,使通道朝中间层(12)开口,每个通道设有一可溶嵌件;·预热支承芯(11)并在真空下通过热喷镀形成结构(10)的本体(14);·从本体(14)的外侧加工通道,并且用可溶嵌件(152)填充所述通道;·形成一闭合层(17)关闭本体(14)中的通道,并且在预热后在真空下通过热喷镀形成一外表层(18);以及·去除所有的可溶嵌件和中间层(12)。
文档编号B23P15/00GK1234316SQ9910413
公开日1999年11月10日 申请日期1999年3月19日 优先权日1998年3月20日
发明者丹尼尔·科尔尼, 克里斯托夫·韦尔迪, 让－米歇尔·德莫尼科, 克里斯提昂·克德特 申请人:航空发动机的结构和研究公司