다단연소사이클 엔진 적용을 위한 Ni-Cr 코팅에 관한 연구

Study on Ni-Cr Electro Plating Process for Staged Combustion Cycle Engine

본 논문은 다단연소사이클 엔진의 연소실 내벽을 고온, 고압의 환경으로부터 보호하기 위한 열차폐 코팅 공정 개발에 관한 내용이다. 기존 연소기 내벽에는 열차폐 특성이 우수한 Zr 기반의 세라믹용사코팅을 적용했지만, 세라믹의 특성상 연소실 내벽(금속)과 열팽창계수 차이로 인해 박리가 발생할 수 있다. 때문에 로켓 선진국에서는 열차폐 효과를 다소 희생 하더라도 밀착력 향상을 위하여 금속계 코팅인 Ni-Cr 도금을 적용하고 있다. 본 연구에서는 연소기에 적용 가능한 상향 순환식 유동셀을 적용한 도금조를 개발했으며, 반복적인 공정 개선을 통해 도금 두께 $100{\mu}m$이상, ${\pm}10%$의 두께 균일도를 만족하는 Ni, Cr 도금 공정조건을 확립했다.

In this paper, the process of electro Ni and electro Cr plating is studied for the purpose of thermal barrier to protect the inner wall combustion chamber. The chamber is under the environment of very high temperature and high pressure when propellants burn in there. As one of the thermal barrier coatings, Zr-based thermal spray coating has been applied to the chamber. However, peeling of coating layer can occur under such a hard condition because of the difference of thermal expansion coefficients between the ceramic and the metallic wall. We study the characteristics of Ni-Cr coating and establish its process. It is found that the thickness of over $100{\mu}m$ of Ni and Cr coating layers with the uniformity of ${\pm}10%$ can be obtained with the used of as-developed plating bath.