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(jìn)系統(tǒng)貯供單元[1]是低軌星座霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)[2]的重要組成部分，其主要功能是貯存推進(jìn)劑工質(zhì)，并在霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)控制模塊的支持下，對(duì)所貯存的推進(jìn)劑進(jìn)行減壓、穩(wěn)壓及推進(jìn)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(jìn)劑工質(zhì)。其中流量控制模塊主要通過限流器對(duì)調(diào)壓模塊氣體進(jìn)行流量控制，并實(shí)現(xiàn)推進(jìn)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(duì)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(jìn)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(zhǎng)度125的細(xì)長(zhǎng)棒，最后沿125的長(zhǎng)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(xué)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(huì)導(dǎo)致塞片與塞片座焊縫的強(qiáng)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(duì)多孔塞片進(jìn)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(hù)口罩和乳膠手套，金相砂紙蘸上丙酮，對(duì)真空室內(nèi)壁和底板進(jìn)行反復(fù)進(jìn)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(duì)真空室內(nèi)壁反復(fù)進(jìn)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(rèn)

對(duì)電子轟擊加熱裝置技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行了檢查確認(rèn)，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(zhǔn)備

過濾有機(jī)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(duì)燒杯開口端進(jìn)行密封后，燒杯轉(zhuǎn)移至清洗槽中。

1）第一次清洗：設(shè)定清洗時(shí)間為30min，溫度設(shè)定為30℃，超聲波清洗機(jī)頻率設(shè)置為50～59Hz，然后啟動(dòng)操作按鈕，對(duì)零件進(jìn)行超聲波清洗；

2）第二次清洗：對(duì)丙酮進(jìn)行更換，重復(fù)第一次操作，向燒杯中注入丙酮，對(duì)零件重新進(jìn)行超聲波清洗；

3）第三次清洗：重復(fù)前面兩次的操作，對(duì)零件進(jìn)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(shè)定清洗時(shí)間為30min，溫度設(shè)定為30℃，超聲波清洗機(jī)頻率設(shè)置為50～59Hz，然后啟動(dòng)操作按鈕，對(duì)零件進(jìn)行超聲波清洗；

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

3） 第三次清洗：重復(fù)前面兩次的操作，對(duì)零件進(jìn)行第三次超聲波清洗。

（4）烘干

烘干溫度：100±10℃，持續(xù)時(shí)間：30～120min。

2.2.4 高溫?zé)崽幚韮艋?/p>

多孔塞片高溫?zé)崽幚韮艋に嚵鞒桃妶D4。

（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(jìn)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(jìn)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?qǐng)D6所示再與電子轟擊加熱裝置進(jìn)行裝配，并對(duì)裝配位置關(guān)系進(jìn)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(yùn)行設(shè)備，降鐘罩，關(guān)閉破空閥，抽真空至真空室壓強(qiáng)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(duì)塞片沿長(zhǎng)度方向的中間部位用光學(xué)高溫計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量，要求測(cè)量溫度在1050～1100℃之間為合格，否則允許對(duì)電源的功率進(jìn)行微調(diào)，待參數(shù)穩(wěn)定后按上述辦法重新對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，直至溫度滿足要求。溫度滿足要求后開始計(jì)時(shí)，按照表2要求進(jìn)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(xué)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(duì)象，針對(duì)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(duì)于其他用途的多孔塞片的熱處理凈化提供了相應(yīng)參考。

參考文獻(xiàn)

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