專利名稱：于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層。
背景技術：
渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片等，這些渦輪機葉片都是工作在復雜惡劣的環(huán)境中，所以渦輪機葉片面臨著諸如高溫強度、抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的問題；現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟的淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；而在現(xiàn)在的淀積固體薄膜的加工技術領域里，往往只使用單一的薄膜材料，而單一的薄膜材料有較多的局限性，效果也有限；所以，為了提高渦輪機葉片的表面具有很好的高溫強度、抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能的目的，所以需要一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層。
本發(fā)明的技術方案本發(fā)明是一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，本于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以利用通用的淀積固體薄膜的加工技術加以實現(xiàn)，該淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本方法是使用淀積固體薄膜的技術，于渦輪機葉片的表面淀積一種及一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層；該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層用以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性。
上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高速鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是優(yōu)質(zhì)碳素鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是純鈦；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高溫合金；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是有色合金；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是不銹鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是特種合金。
上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料包括氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋯(ZrN)、銀化鎢(WAg)、氧化硅(SiO2)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化鈷(CoO)、氧化鎂(MgO)、氧化鉻(Cr2O3)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料具有很好的高溫強度，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的鍍層材料還具有很好的抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料還具有很好的自潤滑的性能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的。
上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為1600℃至2850℃之間，硬度為10Gpa至52Gpa之間，密度為2.2g/cm-3至5.8g/cm-3之間，楊氏模量為150Gpa至670Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.000002K-1至0.0000095K-1之間，熱導率為1.2W(mK)-1至85W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％。
上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料包括氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉿(HfN)、鋁化鈦(TiAl)、碳化鉿(HfC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮碳化鈦(TiCN)、鋯化鋁鈦(TiAlZr)、鈮化鋁鈦(TiAlNb)、鎳鋯化鈦(TiZrNi)、鋁化鎳(NiAl)、硼化鈦(TiB2)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料是硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜與基底靶材料之間的擴散過渡層，使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有保證硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜對于基底靶材料能夠有很好的附著性能，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有消除硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的殘余應力的效果，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有提高硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲勞及抗沖擊力的功能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的。
上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為2750℃至4050℃之間，硬度為15Gpa至31Gpa之間，密度為4.42g/cm-3至15.9g/cm-3之間，楊氏模量為450Gpa至730Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.0000039K-1至0.00000955K-1之間，熱導率為12W(mK)-1至35W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％。
于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法如下；A、將渦輪機葉片的表面用揮發(fā)性有機溶劑并且借助超聲波進行清洗，以清除各種污物；B、可選擇利用上述的基本通用的淀積固體薄膜的加工技術中的其中的一種完成全部鍍層的工藝；C、首先將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料，于渦輪機葉片的表面的基底靶材料上形成若干層納米結構的金屬間化合物材料的薄膜，每一層金屬間化合物材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層金屬間化合物材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該金屬間化合物材料的薄膜的整體厚度不超過30微米；D、之后將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料，在上述的渦輪機葉片的表面的金屬間化合物材料的薄膜上形成若干層納米結構的外部鍍層材料的薄膜，每一層外部鍍層材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層外部鍍層材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該外部鍍層材料的薄膜的整體厚度不超過30微米；E、在經(jīng)過自然冷卻以消除該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的殘余應力之后，即完成該渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法。
該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的總體維氏硬度HV不小于3350。
該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的整體厚度不超過60微米。
上述的渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片。
本發(fā)明具有積極的使用效果由于本于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以利用通用的淀積固體薄膜的加工技術加以實現(xiàn)，該淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本方法是使用淀積固體薄膜的技術，于渦輪機葉片的表面淀積一種及一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層；該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層用以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性；上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高速鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是優(yōu)質(zhì)碳素鋼；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料包括氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋯(ZrN)、銀化鎢(WAg)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氧化鈷(CoO)、氧化鉻(Cr2O3)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料具有很好的高溫強度，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的鍍層材料還具有很好的抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料還具有很好的自潤滑的性能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為1600℃至2850℃之間，硬度為10Gpa至52Gpa之間，密度為2.2g/cm-3至5.8g/cm-3之間，楊氏模量為150Gpa至670Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.000002K-1至0.0000095K-1之間，熱導率為1.2W(mK)-1至85W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料包括氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉿(HfN)、碳化鉿(HfC)、碳化鉭(TaC)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮碳化鈦(TiCN)、鈮化鋁鈦(TiAlNb)、鋁化鎳(NiAl)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料是硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜與基底靶材料之間的擴散過渡層，使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有保證硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜對于基底靶材料能夠有很好的附著性能，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有消除硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的殘余應力的效果，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有提高硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲勞及抗沖擊力的功能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為2750℃至4050℃之間，硬度為15Gpa至31Gpa之間，密度為4.42g/cm-3至15.9g/cm-3之間，楊氏模量為450Gpa至730Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.0000039K-1至0.00000955K-1之間，熱導率為12W(mK)-1至35W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的總體維氏硬度HV不小于3350；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的整體厚度不超過60微米；上述的渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片；所以可達到于渦輪機葉片的表面使用了硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層之后，該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性，從而提高了渦輪機葉片的表面具有很好的高溫強度、抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能的目的。本發(fā)明為安全可靠、性能穩(wěn)定、使用廣泛的一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層。
具體實施例方式
實施例本發(fā)明的本實施例的一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層符合相關技術標準；本發(fā)明的本實施例的工藝方法如下本于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以利用通用的淀積固體薄膜的加工技術加以實現(xiàn)，該淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本方法是使用淀積固體薄膜的技術，于渦輪機葉片的表面淀積一種及一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，在本實施例中，可以選擇于渦輪機葉片的表面淀積一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層；該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層用以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性；在本實施例中，可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是優(yōu)質(zhì)碳素鋼；在其他實施例中，或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高速鋼；或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是純鈦；或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高溫合金；或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是有色合金；或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是不銹鋼；或可以選擇上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是特種合金；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料包括氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋯(ZrN)、銀化鎢(WAg)、氧化硅(SiO2)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化鈷(CoO)、氧化鎂(MgO)、氧化鉻(Cr2O3)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料具有很好的高溫強度，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的鍍層材料還具有很好的抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料還具有很好的自潤滑的性能；在本實施例中，可以選擇該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以選擇其中的幾種組合后使用，選定的外部鍍層材料為氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)及氧化鉻(Cr2O3)，該選定的外部鍍層材料的配方為45％的(TiO2)、35％的氧化鋯(ZrO2)及20％的氧化鉻(Cr2O3)，達到強化“納米效應”的目的；在其他實施例中，或可以選擇該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以單獨選擇其中的一種使用；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為1600℃至2850℃之間，硬度為10Gpa至52Gpa之間，密度為2.2g/cm-3至5.8g/cm-3之間，楊氏模量為150Gpa至670Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.000002K-1至0.0000095K-1之間，熱導率為1.2W(mK)-1至85W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％，在本實施例中，45％的(TiO2)、35％的氧化鋯(ZrO2)及20％的氧化鉻(Cr2O3)的三種組合后使用時的基本性能可以提高5％左右；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料包括氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉿(HfN)、鋁化鈦(TiAl)、碳化鉿(HfC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮碳化鈦(TiCN)、鋯化鋁鈦(TiAlZr)、鈮化鋁鈦(TiAlNb)、鎳鋯化鈦(TiZrNi)、鋁化鎳(NiAl)、硼化鈦(TiB2)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料是硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜與基底靶材料之間的擴散過渡層，使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有保證硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜對于基底靶材料能夠有很好的附著性能，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有消除硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的殘余應力的效果，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有提高硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲勞及抗沖擊力的功能；在本實施例中，可以選擇該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以選擇其中的幾種組合后使用，選定的金屬間化合物材料為氮化鈦(TiN)、鋁化鎳(NiAl)及氮化鉿(HfN)，該選定的金屬間化合物材料的配方為35％的氮化鈦(TiN)、35％的鋁化鎳(NiAl)及30％的氮化鉿(HfN)，達到強化“納米效應”的目的；在其他實施例中，或可以選擇該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以單獨選擇其中的一種使用；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為2750℃至4050℃之間，硬度為15Gpa至31Gpa之間，密度為4.42g/cm-3至15.9g/cm-3之間，楊氏模量為450Gpa至730Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.0000039K-1至0.00000955K-1之間，熱導率為12W(mK)-1至35W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％，在本實施例中，35％的氮化鈦(TiN)、35％的鋁化鎳(NiAl)及30％的氮化鉿(HfN)的三種組合后使用時的基本性能可以提高3.5％左右；于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法如下；A、將渦輪機葉片的表面用揮發(fā)性有機溶劑并且借助超聲波進行清洗，以清除各種污物；B、可選擇利用上述的基本通用的淀積固體薄膜的加工技術中的其中的一種完成全部鍍層的工藝，在本實施例中，可以選擇的加工技術為脈沖激光淀積；C、首先將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料，于渦輪機葉片的表面的基底靶材料上形成若干層納米結構的金屬間化合物材料的薄膜，每一層金屬間化合物材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層金屬間化合物材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該金屬間化合物材料的薄膜的整體厚度不超過30微米，在本實施例中，可以選擇于渦輪機葉片的表面的基底靶材料上形成15層至18層納米結構的金屬間化合物材料的薄膜，每一層金屬間化合物材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為50納米左右，以控制每一層金屬間化合物材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該金屬間化合物材料的薄膜的整體厚度不超過12.5微米；D、之后將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料，在上述的渦輪機葉片的表面的金屬間化合物材料的薄膜上形成若干層納米結構的外部鍍層材料的薄膜，每一層外部鍍層材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層外部鍍層材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該外部鍍層材料的薄膜的整體厚度不超過30微米，在本實施例中，可以選擇于渦輪機葉片的表面的金屬間化合物材料上形成12層至16層納米結構的外部鍍層材料的薄膜，每一層外部鍍層材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為55納米左右，以控制每一層外部鍍層材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該外部鍍層材料的薄膜的整體厚度不超過12.8微米；E、在經(jīng)過自然冷卻以消除該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的殘余應力之后，即完成該渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的總體維氏硬度HV不小于3350，在本實施例中，該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的總體維氏硬度HV可以控制在3400左右；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的整體厚度不超過60微米；在本實施例中，該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的整體厚度可以控制在25微米左右；上述的渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片，在本實施例中，可以選擇為燃氣渦輪機葉片；所以可達到于渦輪機葉片的表面使用了硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層之后，該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性，從而提高了渦輪機葉片的表面具有很好的高溫強度、抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能的目的。
本發(fā)明為安全可靠、性能穩(wěn)定、使用廣泛的一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層。
權利要求
1.一種于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，本于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層可以利用通用的淀積固體薄膜的加工技術加以實現(xiàn)，該淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；其特征在于該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本方法是使用淀積固體薄膜的技術，于渦輪機葉片的表面淀積一種及一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層；該硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層用以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性。
2.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的渦輪機時片的表面的基底靶材料可以是高速鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是優(yōu)質(zhì)碳素鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是純鈦；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是高溫合金；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是有色合金；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是不銹鋼；或上述的渦輪機葉片的表面的基底靶材料可以是特種合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料包括氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋯(ZrN)、銀化鎢(WAg)、氧化硅(SiO2)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化鈷(CoO)、氧化鎂(MgO)、氧化鉻(Cr2O3)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料具有很好的高溫強度，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的鍍層材料還具有很好的抗高溫氧化、抗腐蝕、抗沖刷、抗沖擊、抗老化、抗疲勞、抗磨損及延長渦輪機葉片的使用壽命的性能，該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料還具有很好的自潤滑的性能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的。
4.根據(jù)權利要求3所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為1600℃至2850℃之間，硬度為10Gpa至52Gpa之間，密度為2.2g/cm-3至5.8g/cm-3之間，楊氏模量為150Gpa至670Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.000002K-1至0.0000095K-1之間，熱導率為1.2W(mK)-1至85W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％。
5.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料包括氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉿(HfN)、鋁化鈦(TiAl)、碳化鉿(HfC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮碳化鈦(TiCN)、鋯化鋁鈦(TiAlZr)、鈮化鋁鈦(TiAlNb)、鎳鋯化鈦(TiZrNi)、鋁化鎳(NiAl)、硼化鈦(TiB2)；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料是硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜與基底靶材料之間的擴散過渡層，使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有保證硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜對于基底靶材料能夠有很好的附著性能，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有消除硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的殘余應力的效果，還使該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的金屬間化合物材料具有提高硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲勞及抗沖擊力的功能；該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以單獨選擇其中的一種使用；或該硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料可以選擇其中的幾種組合后使用，達到強化“納米效應”的目的。
6.根據(jù)權利要求5所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在單獨選擇其中的一種使用時的基本性能為熔點為2750℃至4050℃之間，硬度為15Gpa至31Gpa之間，密度為4.42g/cm-3至15.9g/cm-3之間，楊氏模量為450Gpa至730Gpa之間，線性膨脹系數(shù)為0.0000039K-1至0.00000955K-1之間，熱導率為12W(mK)-1至35W(mK)-1之間；上述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料在選擇其中的幾種組合后使用時的基本性能可以提高1％至20％。
7.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法如下；A、將渦輪機葉片的表面用揮發(fā)性有機溶劑并且借助超聲波進行清洗，以清除各種污物；B、可選擇利用上述的基本通用的淀積固體薄膜的加工技術中的其中的一種完成全部鍍層的工藝；C、首先將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的金屬間化合物材料，于渦輪機葉片的表面的基底靶材料上形成若干層納米結構的金屬間化合物材料的薄膜，每一層金屬間化合物材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層金屬間化合物材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該金屬間化合物材料的薄膜的整體厚度不超過30微米；D、之后將選定材料種類及配方的硬質(zhì)復合納米陶瓷的薄膜的鍍層的外部鍍層材料，在上述的渦輪機葉片的表面的金屬間化合物材料的薄膜上形成若干層納米結構的外部鍍層材料的薄膜，每一層外部鍍層材料的薄膜的調(diào)質(zhì)及調(diào)制周期為5納米至100納米，以控制每一層外部鍍層材料的薄膜的厚度，達到強化“納米效應”的目的，該外部鍍層材料的薄膜的整體厚度不超過30微米；E、在經(jīng)過自然冷卻以消除該硬質(zhì)復合納米陶瓷的鍍層的殘余應力之后，即完成該渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本工藝方法。
8.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的總體維氏硬度HV不小于3350。
9.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的整體厚度不超過60微米。
10.根據(jù)權利要求1所述的于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，其特征在于上述的渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片。
全文摘要
于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層，本鍍層可以利用通用的淀積固體薄膜的加工技術加以實現(xiàn)，該淀積固體薄膜的加工技術包括真空蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、液相外延、化學束外延、分子束外延、脈沖激光淀積、電化學淀積、化學氣相沉積及物理氣相沉積；該于渦輪機葉片的表面使用的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層的基本方法是使用淀積固體薄膜的技術，于渦輪機葉片的表面淀積一種及一種以上的硬質(zhì)復合納米陶瓷薄膜的鍍層；該鍍層用以使渦輪機葉片的表面發(fā)生材料的表面改性；該鍍層的總體維氏硬度HV不小于3350；該鍍層的整體厚度不超過60微米；渦輪機葉片包括蒸汽渦輪機葉片、燃氣渦輪機葉片、噴射渦輪機葉片。
文檔編號F01D5/28GK1776025SQ20051009579
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權日2005年11月23日
發(fā)明者鄒志尚, 陳嘉農(nóng), 陳秀戀, 鄒菲 申請人:鄒志尚