專利名稱：真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫防護(hù)技術(shù)，特別提供了一種真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法。
背景技術(shù)：
以航空發(fā)動機(jī)為代表的透平機(jī)械，其熱端部件的防護(hù)水平，決定著其發(fā)展，隨著航空發(fā)動機(jī)向高推重比、高性能方向的發(fā)展，發(fā)動的燃?xì)鉁囟炔粩嗵岣?，先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度已達(dá)2000K，而熱端部件合金基體的耐熱能力，已接近極至，因此，高溫防護(hù)涂層的發(fā)展和應(yīng)用，在某種程度上代表了航空發(fā)動機(jī)的水平。
目前，高溫防護(hù)涂層的制備方法大體可分為兩大類即熱噴涂法(PS)和物理氣相沉積法(PVD)。熱噴涂法包括常壓等離子噴涂(APS)、低壓等離子噴涂(LPPS)、火焰噴涂、超音速噴涂、爆炸噴涂。物理氣相沉積法包括電子束物理氣相沉積(EB-PVD)、磁控濺射、真空電弧鍍等?？偟膩碚f，熱噴涂方法的優(yōu)點是工藝相對簡單，效率高、成本低，易實現(xiàn)工程化應(yīng)用。但也普遍存在涂層組織相對多孔疏松，內(nèi)應(yīng)力相對較高，強(qiáng)度相對較低的問題。作為高溫防護(hù)涂層，可靠性存在質(zhì)疑。在物理氣相沉積方法中，現(xiàn)代的EB——PVD工藝，亦稱電子束離子鍍，因其通過采用輔助電極離化和施加偏壓，實際上已成為一種離子鍍，這對提高鍍層質(zhì)量起到了重要作用。但因該工藝設(shè)備投資大，運行成本高，生產(chǎn)效率低，其工程化應(yīng)用受到限制。而磁控濺射工藝，屬于輝光放電，它的能量密度相對較低，與EB-VD相比并無優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其具有較高的離化率、能量密度、生產(chǎn)率，較低的能耗、成本率，良好的工藝可控性和再現(xiàn)性，并且制備出的涂層均勻致密，性能優(yōu)良。
本發(fā)明提供了一種真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于包括——真空電弧鍍沉積涂層，即將合金涂層材料制成消耗性陰極，使工件處于陰極與陽極之間；在陰極與陽極之間施加電場，使陰極合金涂層材料轉(zhuǎn)化為等離子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速運動，與工件表面相互作用后，產(chǎn)生表面凝聚，形成涂層；——真空退火。
本發(fā)明真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法中，沉積涂層的工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜5.32×10-2Pa；電弧電流400-800A；電弧電壓(陰陽極之間)30-50V；沉積時間1-5h。
真空退火的工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜1.33×10-1Pa溫度1000-1200℃時間3-5h。
本發(fā)明真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法中，沉積涂層前最好對工件表面進(jìn)行離子清洗，即在高能電場作用下，工件表面受到離子轟擊，基體材料被帶走，發(fā)生離子凈化和表面活化過程，工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜5.32×10-2Pa；
電弧電流400-600A；工件電壓(陰極與工件之間)200-300V；清理時間2-6min。
本發(fā)明真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法中，所述工件為任何現(xiàn)有的高溫合金工件；陰極合金涂層材料為任何現(xiàn)有的高溫防護(hù)涂層材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有許多獨特優(yōu)勢。首先，真空電弧鍍屬于弧光放電，離化率明顯高于輝光放電；其次，在真空電弧鍍等離子體中，有相當(dāng)比例的原子離子，還有一定量的二次電離離子，有利于改進(jìn)鍍層質(zhì)量；第三，真空電弧鍍的生產(chǎn)效率和能量利用率均明顯高于EB-PVD及磁控濺射；第四，真空電弧鍍的成本明顯低于EB-PVD。由此可見，采用真空電弧鍍有利于改進(jìn)鍍層質(zhì)量，增加生產(chǎn)效率，降低能耗減少設(shè)備投資。在這些優(yōu)勢中，最重要的一點是鍍層質(zhì)量。
總之，本發(fā)明的工藝特點是1、通過改變待涂敷零件的電勢，來控制等離子流的運行速度，進(jìn)而控制與涂敷表面相互作用的等離子粒子的能量，可用來優(yōu)化各種不同涂層的制備工藝。
2、無“反面”效應(yīng)，能夠在復(fù)雜型面的粗糙面上，獲得致密涂層。
3、等離子流定向流動，使得形成涂層的陰極靶材有較高的利用率。
4、在基體材料溫度相對較低的條件下沉積涂層，可防止零件變形、組織轉(zhuǎn)變、性能降低。
5、可通過將活性氣體(N2、C2H2、O2)加入金屬等離子流中，以及利用主要發(fā)生在涂敷表面的等離子化學(xué)反應(yīng)，能夠獲得復(fù)雜成分(氮化物、碳化物、氧化物)的涂層。
6、涂鍍工藝的高再現(xiàn)性，決定了能在批生產(chǎn)條件下制備高質(zhì)量的涂層，檢查工作量小，涂層品質(zhì)優(yōu)良可靠。
7、設(shè)備投資和運行成本較低，生產(chǎn)效率較高。
8、該過程是凈生態(tài)過程，無環(huán)境污染。
具體實施例方式工藝流程除油→沖洗→射流磨料加工→超聲波洗滌→干燥→稱重→裝夾→抽真空→離子清理→涂鍍→真空狀態(tài)下冷卻→拆卸夾具→增重測量→外觀檢查→真空退火(擴(kuò)散)→著色或熒光探傷→交付使用。
實施例1 NiCrAlY合金涂層離子清理真空度P＜5.32×10-2Pa電弧電流400-600A工件電壓200-300v清理時間2-6min沉積涂層真空度P＜5.32×10-2Pa電弧電流600-800A電弧電壓30-50V沉積時間2-5h真空退火真空度P＜1.33×10-1Pa溫度1000-1200℃時間3-5h。
涂層厚度50-70μm。
用途用于1150℃以下的抗高溫氧化認(rèn)真腐蝕防護(hù)。
實施例2 AlSiY擴(kuò)散合金化涂層離子清理真空度P＜5.32×10-2Pa電弧電流400-600A工件電壓200-300V清理時間2-6min沉積涂層真空度P＜5.32×10-2Pa電弧電流400-700A電弧電壓30-50V沉積時間1-3h真空退火真空度P＜1.33×10-1Pa溫度1000-1100℃時間3-5h涂層厚度20-50μm。
用途用于1100℃以下的抗高溫氧化腐蝕防護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于包括——真空電弧鍍沉積涂層，即將合金涂層材料制成消耗性陰極，使工件處于陰極與陽極之間；在陰極與陽極之間施加電場，使陰極合金涂層材料轉(zhuǎn)化為等離子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速運動，與工件表面相互作用后，產(chǎn)生表面凝聚，形成涂層；——真空退火。
2.按照權(quán)利要求1所述真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于沉積涂層的工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜5.32×10-2Pa；電弧電流400-800A；電弧電壓(陰陽極之間)30-50V；沉積時間1-5h。
3.按照權(quán)利要求1所述真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于真空退火的工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜1.33×10-1Pa溫度1000-1200℃時間3-5h。
4.按照權(quán)利要求1所述真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于沉積涂層前，對工件表面進(jìn)行離子清洗，即在高能電場作用下，工件表面受到離子轟擊，基體材料被帶走，發(fā)生離子凈化和表面活化過程，工藝參數(shù)范圍如下真空度P＜5.32×10-2Pa；電弧電流400-600A；工件電壓(陰極與工件之間)200-300V；清理時間2-6min。
5.按照權(quán)利要求1所述真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于所述工件為高溫合金工件。
6.按照權(quán)利要求1所述真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于所述陰極合金涂層材料為NiCrAlY，或AlSiY。
全文摘要
一種真空電弧鍍制備高溫防護(hù)涂層的方法，其特征在于包括真空電弧鍍沉積涂層，即在真空電場作用下，將導(dǎo)電的陰極合金涂層材料，轉(zhuǎn)化為等離子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速運動，與工件表面相互作用后，產(chǎn)生表面凝聚，形成涂層；再進(jìn)行真空退火。本發(fā)明具有較高的離化率、能量密度、生產(chǎn)率，較低的能耗、成本率，良好的工藝可控性和再現(xiàn)性，并且制備出的涂層均勻致密，性能優(yōu)良。
文檔編號C23C14/28GK1607265SQ20031010483
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月13日
發(fā)明者趙維勛, 張鵬, 付裕, 李長偉, 常秋梅 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司