一種壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，用于對(duì)葉片進(jìn)行覆膜，包括真空腔室、氮?dú)庠?、第一弧源、第二弧源、考夫曼離子源和MEVVA離子源。葉片設(shè)置于真空腔室內(nèi)，第一弧源、第二弧源、MEVVA離子源、考夫曼離子源以及氮?dú)庠捶謩e連接于真空腔室上。第一弧源采用鉻鋁合金靶，第二弧源采用鉭靶，MEVVA離子源采用鉻陰極，考夫曼離子源對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗，MEVVA離子源、第一弧源、第二弧源和氮?dú)庠磳?duì)葉片表面進(jìn)行反復(fù)鍍膜。本實(shí)用新型通過(guò)采用陰極磁過(guò)濾和等離子體增強(qiáng)技術(shù)，改善了葉片復(fù)雜結(jié)構(gòu)膜層沉積均勻性差的問(wèn)題，同時(shí)采用新型的摻雜Al的Ta-Cr-N納米多層膜提高葉片表面的耐高溫腐蝕和沖蝕能力。
【專利說(shuō)明】一種壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及真空鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，是涉及一種采用陰極磁過(guò)濾和等離子體增強(qiáng)技術(shù)，在壓氣機(jī)葉片上鍍制摻雜Al的Ta-Cr-N納米多層膜的制備時(shí)所使用表面改性設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]葉片是壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)件中的關(guān)鍵零部件之一，也是壓氣機(jī)使用和實(shí)驗(yàn)中故障率最高的零部件之一。究其原因，除其擁有高速旋轉(zhuǎn)、數(shù)量多、形體單薄、載荷狀況嚴(yán)酷等特點(diǎn)外，還因其一直暴露于大氣環(huán)境中，從而經(jīng)受大氣環(huán)境的腐蝕作用。工作時(shí)，氣流中的腐蝕介質(zhì)高速?zèng)_刷葉片表面,在表面造成沖蝕損傷；停放時(shí),腐蝕性的大氣環(huán)境也會(huì)對(duì)其表面造成腐蝕損傷。因此，壓氣機(jī)葉片需要在其表面進(jìn)行耐高溫腐蝕和沖蝕防護(hù)。
[0003]目前，壓氣機(jī)葉片一般采用表面涂覆有機(jī)涂料的防護(hù)方式，但該種膜層主要是以抗腐蝕為主，耐磨和抗沖蝕性能很差；而現(xiàn)有的利用PVD沉積的TiN和CrN涂層，雖然在耐沖蝕性能方面有很大提高，但在耐腐蝕性能方面仍存在缺陷，在較高的溫度環(huán)境下，該種缺陷表現(xiàn)的更為明顯。其它采用PVD方法制備的涂層，亦存在功能較單一，主要以抗沖蝕為主，沒(méi)有綜合考慮耐高溫、耐腐蝕的性能的問(wèn)題。就國(guó)內(nèi)而言，多弧離子鍍以及磁控濺射是常見(jiàn)的葉片涂層制備方法，磁控濺射的膜基結(jié)合力比較差，多弧離子鍍的大顆粒比較多，表面粗糙度大。
[0004]因此，現(xiàn)有的葉片鍍膜工藝存在鍍膜均勻性能差，葉片表面的綜合防護(hù)性能不夠的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有壓片機(jī)葉片鍍膜工藝的鍍膜均勻性能差以及葉片表面的綜合防護(hù)性能不夠的問(wèn)題，提供一種壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，可提高壓氣機(jī)葉片表面的綜合防護(hù)性能。
[0006]本實(shí)用新型的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，對(duì)一葉片進(jìn)行覆膜，包括:
[0007]氮?dú)庠矗?br> [0008]真空腔室，所述氮?dú)庠催B接于所述真空腔室外，所述葉片設(shè)置于所述真空腔室內(nèi)，所述真空腔室包括側(cè)壁和底壁和頂壁；
[0009]第一弧源，連接于所述側(cè)壁上；
[0010]第二弧源，連接于所述側(cè)壁上；
[0011]MEVVA離子源，連接于所述側(cè)壁上；以及
[0012]考夫曼離子源，連接于所述底壁上；
[0013]其中，所述第一弧源采用鉻鋁合金靶，所述第二弧源采用鉭靶，所述MEVVA離子源采用鉻陰極，所述考夫曼離子源對(duì)所述葉片表面進(jìn)行清洗，所述MEVVA離子源、所述第一弧源、所述第二弧源和所述氮?dú)庠磳?duì)所述葉片表面進(jìn)行反復(fù)鍍膜。
[0014]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述真空腔室包括工作臺(tái)，所述工作臺(tái)設(shè)置于所述真空腔室內(nèi)部，所述葉片設(shè)置于所述工作臺(tái)。
[0015]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述真空腔室包括頂壁，所述工作臺(tái)連接于所述頂壁，所述工作臺(tái)具有旋轉(zhuǎn)裝置。
[0016]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述側(cè)壁包括左側(cè)壁、右側(cè)壁和后側(cè)壁，所述第一弧源連接于所述左側(cè)壁，所述第二弧源連接于所述右側(cè)壁，所述MEVVA離子源連接于所述后側(cè)壁。
[0017]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述第一弧源與所述左側(cè)壁的接口的中心線、所述第二弧源與所述右側(cè)壁的接口的中心線以及所述MEVVA離子源與所述后側(cè)壁的接口的中心線處于同一水平面上。
[0018]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述第一弧源與所述第二弧源相對(duì)所述真空腔室的中垂線對(duì)稱設(shè)置。
[0019]上述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其中，所述第一弧源和所述第二弧源為帶有90°磁過(guò)濾管道的磁過(guò)濾弧源。
[0020]本實(shí)用新型通過(guò)采用陰極磁過(guò)濾和等離子體增強(qiáng)技術(shù)，改善了葉片復(fù)雜結(jié)構(gòu)膜層沉積均勻性差的問(wèn)題，同時(shí)采用新型的摻雜Al的Ta-Cr-N納米多層膜提高葉片表面的耐高溫腐蝕和沖蝕能力。
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的表面改性設(shè)備進(jìn)行壓氣機(jī)葉片涂層的制備的流程圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備的主視圖；
[0024]圖3為圖2的左視圖；
[0025]圖4為圖2的俯視圖。
[0026]其中，附圖標(biāo)記
[0027]100 表面改性設(shè)備
[0028]110 真空腔室
[0029]111 側(cè)壁
[0030]Illa 左側(cè)壁
[0031]Illb 右側(cè)壁
[0032]Illc 后側(cè)壁
[0033]112 底壁
[0034]113 頂壁
[0035]114 工作臺(tái)
[0036]115 氮?dú)馊肟?br> [0037]120 第一弧源
[0038]130 第二弧源
[0039]140 MEVVA 離子源
[0040]150 考夫曼離子源
[0041]200 葉片
[0042]P、M、N、L 中心線

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，以更進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的目的、方案及功效，但并非作為本實(shí)用新型所附權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
[0044]本實(shí)用新型的表面改性設(shè)備進(jìn)行壓氣機(jī)葉片涂層的制備的流程如圖1所示。參閱圖2至圖4，圖2至圖4為本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)葉片涂層制備的表面改性設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖，以下對(duì)本實(shí)用新型的表面改性設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明。
[0045]本實(shí)用新型的表面改性設(shè)備100，用于對(duì)壓氣機(jī)葉片進(jìn)行覆膜。如圖所示，本實(shí)用新型的表面改性設(shè)備100包括真空腔室110、第一弧源120、第二弧源130、MEVVA離子源140、考夫曼離子源150和氮?dú)庠?。葉片200設(shè)置于真空腔室110內(nèi)，真空腔室110包括側(cè)壁111 (參閱圖4)和底壁112，第一弧源120、第二弧源130和MEVVA離子源140分別連接于側(cè)壁111上；考夫曼離子源150連接于底壁112上。
[0046]其中，第一弧源120采用鉻鋁合金靶，第二弧源130采用鉭靶，MEVVA離子源140采用鉻陰極，考夫曼離子源150對(duì)葉片200表面進(jìn)行清洗，MEVVA離子源140、第一弧源120、第二弧源130和氮?dú)庠磳?duì)葉片表面進(jìn)行反復(fù)鍍膜。詳細(xì)鍍膜方法參見(jiàn)下述。
[0047]如圖1所示，其中，第一弧源120與第二弧源130相對(duì)真空腔室110的中垂線P對(duì)稱設(shè)置。
[0048]具體地，真空腔室110還包括頂壁113和工作臺(tái)114，工作臺(tái)114連接于頂壁113上，并且工作臺(tái)114設(shè)置于真空腔室110的內(nèi)部，葉片200設(shè)置于工作臺(tái)114。
[0049]工作臺(tái)114具有旋轉(zhuǎn)裝置(圖未示)，旋轉(zhuǎn)裝置使工作臺(tái)114能夠帶動(dòng)葉片200自轉(zhuǎn)。
[0050]參閱圖4，真空腔室110的側(cè)壁111包括左側(cè)壁11 la、右側(cè)壁11 Ib和后側(cè)壁111c，第一弧源120連接于左側(cè)壁111a，第二弧源130連接于右側(cè)壁111b，MEVVA離子源140連接于后側(cè)壁111c。
[0051]如圖2和圖3所示，第一弧源120與左側(cè)壁Illa的接口具有中心線M，第二弧源130與右側(cè)壁Illb的接口具有中心線N，MEVVA離子源140與后側(cè)壁Illc的接口具有中心線L，中心線M、中心線N以及中心線L處于同一水平面上。
[0052]真空腔室110還具有氮?dú)馊肟?115，氮?dú)馊肟?115與氮?dú)庠聪噙B接，用于向真空腔室110內(nèi)通入氮?dú)狻?br> [0053]上述的第一弧源120和第二弧源130為帶有90°磁過(guò)濾管道的磁過(guò)濾弧源。
[0054]本實(shí)用新型通過(guò)采用陰極磁過(guò)濾和等離子體增強(qiáng)技術(shù)，改善了葉片復(fù)雜結(jié)構(gòu)膜層沉積均勻性差的問(wèn)題，同時(shí)采用新型的摻雜Al的Ta-Cr-N納米多層膜提高葉片表面的耐腐蝕和沖蝕能力。
[0055]參照?qǐng)D1，以下以兩個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的壓氣機(jī)葉片涂層的制備方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0056]實(shí)施例1:
[0057]步驟10，將待處理葉片裝入表面改性設(shè)備中。設(shè)備左側(cè)弧源采用鉻鋁合金靶，質(zhì)量百分比含量為鉻90 % -鋁10 %，純度為99.8 % ;設(shè)備右側(cè)弧源采用鉭靶，純度為99.8 % ;MEVVA離子注入源采用鉻陰極，純度是99.8%。
[0058]步驟20:關(guān)閉爐膛，開(kāi)啟機(jī)械泵、分子泵，開(kāi)啟循環(huán)水系統(tǒng)，抽真空至6.0X 10_4Pa，開(kāi)始工藝。
[0059]步驟30，用考夫曼離子源對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗。具體控制參數(shù)為:離子束能量由5kV增加至30kV，濺射時(shí)間lOmin。
[0060]步驟40，用MEVVA源對(duì)葉片表面進(jìn)行離子注入。具體控制參數(shù)為:金屬離子源觸發(fā)頻率10Hz，弧壓-120V，分別注入能量30kV、40kV和50kV，其中30kV注入時(shí)間為lOmin，40kV注入時(shí)間為15min，50kV注入時(shí)間為60min。
[0061]步驟50，在葉片表面上鍍Ta-Cr-Al膜。同時(shí)啟動(dòng)左、右兩側(cè)的彎管，調(diào)整控制電源，具體控制參數(shù)為:偏轉(zhuǎn)電流控制在0.8A?1.6A，啟動(dòng)彎管磁過(guò)濾聚焦正偏壓，穩(wěn)定值設(shè)置為24V?；≡措娏鳛?0?110A。鍍膜工件靶流為200mA，負(fù)壓為90V。占空比為50%，沉積時(shí)間為30min。
[0062]步驟60，在葉片表面上鍍(Ta，Cr，Al) XN膜。在步驟50的工藝參數(shù)下，將氮?dú)庠吹牡獨(dú)饬髁空{(diào)整為35SCCm，其它參數(shù)不變，沉積時(shí)間為50min。
[0063]步驟70，重復(fù)步驟40、步驟50、步驟60兩次，同時(shí)進(jìn)行步驟30。
[0064]步驟80，鍍膜結(jié)束后，冷卻60min后，進(jìn)行真空腔室充氣，取出試樣，完成納米多層膜的制備。
[0065]實(shí)施例2:
[0066]步驟10，將待處理葉片裝入表面改性設(shè)備中。設(shè)備左側(cè)弧源采用鉻鋁合金靶，質(zhì)量百分比含量為鉻90 % -鋁10 %，純度為99.8 % ;設(shè)備右側(cè)弧源采用鉭靶，純度為99.8 % ;MEVVA離子注入源采用鉻陰極，純度是99.8%。
[0067]步驟20，關(guān)閉爐膛，開(kāi)啟機(jī)械泵、分子泵，開(kāi)啟循環(huán)水系統(tǒng)，抽真空至7.0X10_4Pa，開(kāi)始工藝。
[0068]步驟30，用考夫曼離子源對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗。具體控制參數(shù)為:離子束能量由5kV增加至30kV，濺射時(shí)間30min。
[0069]步驟40，用MEVVA源對(duì)葉片表面進(jìn)行離子注入。具體控制參數(shù)為:金屬離子源觸發(fā)頻率15Hz，弧壓-120V，分別注入能量30kV、40kV和50kV，其中30kV注入時(shí)間為lOmin，40kV注入時(shí)間為15min，50kV注入時(shí)間為60min。
[0070]步驟50，在葉片表面上鍍Ta-Cr-Al膜。同時(shí)啟動(dòng)左、右兩側(cè)的彎管，調(diào)整控制電源，具體控制參數(shù)為:偏轉(zhuǎn)電流控制在0.8A?1.6A，啟動(dòng)彎管磁過(guò)濾聚焦正偏壓，穩(wěn)定值設(shè)置為24V?；≡措娏鳛?0?110A。鍍膜工件靶流為1700mA，負(fù)壓為150V。占空比為90%，沉積時(shí)間為30min。
[0071]步驟60，在葉片表面上鍍(Ta，Cr，Al) XN膜。在步驟50的工藝參數(shù)下，將氮?dú)庠吹牡獨(dú)饬髁空{(diào)整為35SCCm，其它參數(shù)不變，鍍膜時(shí)間為50min。
[0072]步驟70，重復(fù)步驟40、步驟50、步驟60十次，同時(shí)進(jìn)行步驟30。
[0073]步驟80，鍍膜結(jié)束后，冷卻60min后，進(jìn)行真空腔室充氣，取出試樣，完成納米多層膜的制備。
[0074]經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)用新型所制備的壓氣機(jī)葉片涂層按照GJB150.11A-2009進(jìn)行常溫鹽霧腐蝕試驗(yàn)500h后涂層表面可達(dá)10級(jí)，評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 6461-2002進(jìn)行。在300°C熱鹽霧氛圍中下進(jìn)行96小時(shí)試驗(yàn)后，本實(shí)用新型所制備的壓氣機(jī)葉片涂層表面沒(méi)有銹點(diǎn)。在氣流速度300m/s、固體顆粒速度200m/s、微粒尺寸1.5um?129um、撞擊角度60°的條件下進(jìn)行沖蝕試驗(yàn)，本實(shí)用新型所制備的壓氣機(jī)葉片涂層磨損率比母材磨損率大幅降，其中室溫下降低3.2倍，200°C下降低3.1倍，350°C下降低3.3倍。
[0075]當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，對(duì)一葉片進(jìn)行覆膜，其特征在于，包括: 氮?dú)庠矗? 真空腔室，所述氮?dú)庠催B接于所述真空腔室外，所述葉片設(shè)置于所述真空腔室內(nèi)，所述真空腔室包括側(cè)壁和底壁和頂壁； 第一弧源，連接于所述側(cè)壁上； 第二弧源，連接于所述側(cè)壁上； MEVVA離子源，連接于所述側(cè)壁上；以及 考夫曼離子源，連接于所述底壁上； 其中，所述第一弧源采用鉻鋁合金靶，所述第二弧源采用鉭靶，所述MEVVA離子源采用鉻陰極，所述考夫曼離子源對(duì)所述葉片表面進(jìn)行清洗，所述MEVVA離子源、所述第一弧源、所述第二弧源和所述氮?dú)庠磳?duì)所述葉片表面進(jìn)行反復(fù)鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述真空腔室包括工作臺(tái)，所述工作臺(tái)設(shè)置于所述真空腔室內(nèi)部，所述葉片設(shè)置于所述工作臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述真空腔室包括頂壁，所述工作臺(tái)連接于所述頂壁，所述工作臺(tái)具有旋轉(zhuǎn)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)壁包括左側(cè)壁、右側(cè)壁和后側(cè)壁，所述第一弧源連接于所述左側(cè)壁，所述第二弧源連接于所述右側(cè)壁，所述MEVVA離子源連接于所述后側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述第一弧源與所述左側(cè)壁的接口的中心線、所述第二弧源與所述右側(cè)壁的接口的中心線以及所述MEVVA離子源與所述后側(cè)壁的接口的中心線處于同一水平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述第一弧源與所述第二弧源相對(duì)所述真空腔室的中垂線對(duì)稱設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述第一弧源為帶有90°磁過(guò)濾管道的磁過(guò)濾弧源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片涂層的表面改性設(shè)備，其特征在于，所述第二弧源為帶有90°磁過(guò)濾管道的磁過(guò)濾弧源。
【文檔編號(hào)】C23C14/06GK204111860SQ201420620654
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】金杰, 王麗葉, 王月, 陳亮, 楊文軍, 李朋帥 申請(qǐng)人:北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所