一種關(guān)于多孔塞片的熱處理凈化工藝方法

摘 要：本文所述多孔塞片采用316不銹鋼粉末冶金材料，通過高壓燒結(jié)成型，再經(jīng)過線切割加工而成。因成型方法原因，塞片表面氧含量過高，影響焊接性能，通過采用熱處理凈化工藝方法，可將塞片表面氧含量從29%降低至5%以下，大幅度提高了塞片的焊接性能，可改善塞片與塞片座的焊縫質(zhì)量，從而提高塞片組件焊接合格率。

關(guān)鍵詞：多孔塞片 316不銹鋼 熱處理凈化工藝

0 引言

電推進系統(tǒng)貯供單元[1]是低軌星座霍爾電推進系統(tǒng)[2]的重要組成部分，其主要功能是貯存推進劑工質(zhì)，并在霍爾電推進系統(tǒng)控制模塊的支持下，對所貯存的推進劑進行減壓、穩(wěn)壓及推進劑流量的分配與控制，向霍爾推力器提供符合流量要求的推進劑工質(zhì)。其中流量控制模塊主要通過限流器對調(diào)壓模塊氣體進行流量控制，并實現(xiàn)推進劑的供給與截止。限流器由多孔塞片組件（多孔塞片與塞片座焊接組成）、出口接頭、入口接頭組成。 限流器塞片利用其多孔金屬材料特性作為流阻器[3]，是限流器的核心零件。塞片的焊接性能直接影響著限流器的合格率以及流量控制，故對塞片采用合適的熱處理凈化工藝是滿足焊接性能的重要因素。

1 初始多孔塞片

塞片毛坯的成形是采用粉末材料，在特定的壓力和真空條件下進行高溫壓制[4]成Φ38×125棒狀，然后采用線切割加工成7根外徑Φ5 0 -0.1、長度125的細長棒，最后沿125的長度方向采用線切割加工成外徑Φ5 0 -0.1、厚度1.0±0.1的塞片。多孔塞片表面形貌如圖1所示，電子圖像如圖2所示，化學成分分析如表1所示。從成分表中可知，多孔塞片含氧量過高，會導致塞片與塞片座焊縫的強度、塑性、韌性都明顯下降，將直接引起焊縫脆化，影響焊縫質(zhì)量。

2 熱處理凈化工藝

2.1 工藝裝備

熱處理工藝采用真空燒結(jié)爐[5]，真空燒結(jié)爐主要由爐體、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電源、控制系統(tǒng)等組成；配套的加熱裝置為電子轟擊加熱裝置對多孔塞片進行高溫真空凈化。

2.2 工藝流程

2.2.1 真空室的凈化

打開壓縮空氣開關(guān)，檢查表壓是否滿足大于0.5MPa的使用要求。操作人員戴3M防護口罩和乳膠手套，金相砂紙蘸上丙酮，對真空室內(nèi)壁和底板進行反復進行打磨，清除附著在真空室內(nèi)壁的附著物，然后用潔凈的無紡布蘸潔凈無水乙醇對真空室內(nèi)壁反復進行擦洗，直至潔凈度無紡布不再變色為止。

2.2.2 工藝裝備狀態(tài)檢查確認

對電子轟擊加熱裝置技術(shù)狀態(tài)進行了檢查確認，是否滿足工藝要求。

2.2.3 塞片清洗

多孔塞片零件清洗工藝流程見圖3。

（1）準備

過濾有機溶劑（丙酮）溶液，除去其中的懸浮物或沉淀物；洗凈燒杯，將待清洗工件轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后注入丙酮，向燒杯中注水丙酮至工作液面，要求液面最高處高過零件最頂端5～10mm;

（2）丙酮洗

用鋁箔紙對燒杯開口端進行密封后，燒杯轉(zhuǎn)移至清洗槽中。

1）第一次清洗：設定清洗時間為30min，溫度設定為30℃，超聲波清洗機頻率設置為50～59Hz，然后啟動操作按鈕，對零件進行超聲波清洗；

2）第二次清洗：對丙酮進行更換，重復第一次操作，向燒杯中注入丙酮，對零件重新進行超聲波清洗；

3）第三次清洗：重復前面兩次的操作，對零件進行第三次超聲波清洗。

（3）脫脂處理

洗凈燒杯，將待清洗工件轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后注入潔凈的無水乙醇，向燒杯中注水無水乙醇至工作液面，要求液面最高處高過零件最頂端5～10mm;

1）第一次清洗：設定清洗時間為30min，溫度設定為30℃，超聲波清洗機頻率設置為50～59Hz，然后啟動操作按鈕，對零件進行超聲波清洗；

2） 第二次清洗：對無水乙醇進行更換，重復第一次操作，向燒杯中注入潔凈無水乙醇，對零件重新進行超聲波清洗；

3） 第三次清洗：重復前面兩次的操作，對零件進行第三次超聲波清洗。

（4）烘干

烘干溫度：100±10℃，持續(xù)時間：30～120min。

2.2.4 高溫熱處理凈化

多孔塞片高溫熱處理凈化工藝流程見圖4。

（1）塞片與凈化胎具的裝配。按圖5所示的位置關(guān)系，將塞片與凈化胎具進行裝配。塞片與塞片之間的用直徑Φ0.5的錸鎢絲繞成直徑約為Φ3～Φ38的圓做隔離墊，將塞片之間彼此隔開。通常情況下，同一次進行凈化處理的塞片數(shù)量為10件。

（2）塞片凈化胎具與電子轟擊加熱裝置的裝配塞片、隔離墊和凈化胎具裝配后，按照圖6所示再與電子轟擊加熱裝置進行裝配，并對裝配位置關(guān)系進行檢查，要求最上端的塞片外圓與鎢絲加熱子保持同軸，且需塞片最大外圓與鎢絲加熱子的距離保持在2.5～4.5mm之間。其次，要求最頂端的塞片比鎢絲加熱子的最頂端低1.5～2mm，最底端的塞片比鎢絲加熱子的最頂端低高1.5～2mm。

（3）抽真空。按《真空燒結(jié)爐操作規(guī)程》運行設備，降鐘罩，關(guān)閉破空閥，抽真空至真空室壓強小于5×10-4Pa，然后打開加熱電源開關(guān)。

（4）熱處理凈化。待參數(shù)穩(wěn)定后，對塞片沿長度方向的中間部位用光學高溫計進行溫度測量，要求測量溫度在1050～1100℃之間為合格，否則允許對電源的功率進行微調(diào)，待參數(shù)穩(wěn)定后按上述辦法重新對溫度進行測量，直至溫度滿足要求。溫度滿足要求后開始計時，按照表2要求進行熱處理。

2.2.5 熱處理結(jié)果分析

通過熱處理凈化工藝方法，多孔塞片熱處理退火后表面形貌如圖7所示，多孔塞片熱處理退火后電子圖像如圖8所示，化學成分見表3。多孔塞片在空心陰極燒結(jié)爐中采用電子束轟擊加熱處理后，其表面含氧量從之前的29%降低至5%以下，可以很大程度改善塞片與塞片座的焊縫質(zhì)量。

3 結(jié)論

本文以高壓燒結(jié)成型的316不銹鋼多孔塞片為研究對象，針對多孔塞片提出了一種熱處理凈化工藝方法，有效降低了塞片氧含量，從而改善了塞片的焊接性能，提高了塞片組件的焊接合格率。本文的方法對于其他用途的多孔塞片的熱處理凈化提供了相應參考。

參考文獻

[1]張海，于斌，楊文博，等.航天推進劑貯供系統(tǒng)先進技術(shù)研究[J].航天制造技術(shù)，2022，6（3）：22-28.

[2]Sekerak M J，Longmier B W，Gallimore A D，et al. Azimuthal Spoke Propagation in Hall Effect Thrusters［J］.IEEE Transactions on Plasma Science，2015，43（1）：72-85.

[3]胡竟，楊福全，孫運奎，等.用多孔塞片實現(xiàn)推進劑微小流率的控制[J].航天器環(huán)境工程，2015，32（1）：95-98.

[4]藺紹江，熊惟皓，姚振華，等.燒結(jié)溫度對316不銹鋼粉末冶金燒結(jié)體組織和性能的影響[J].機械工程材料，2011，35（1）：22-25.

[5]戴晨，南海娟，盛小洋，等.金屬多孔材料真空燒結(jié)爐控制系統(tǒng)設計改造[J].真空，2021，58（4）：63-66.