本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片制造領(lǐng)域，具體涉及利用電子束物理氣相沉積技術(shù)在發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片表面沉積熱障涂層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，由于電子束物理氣相沉積(簡稱EB-PVD)具有涂層與基體結(jié)合強度高、可得到柱狀晶組織、涂層化學(xué)成分易于精確控制等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種渦輪葉片高溫防護(hù)涂層的制備加工，顯著提高了渦輪葉片的抗高溫氧化和抗腐蝕性能、隔熱性能，延長了發(fā)動機(jī)工作壽命。

EB-PVD技術(shù)在沉積涂層時，其本身的工作原理決定了涂層沉積過程存在物理遮蔽現(xiàn)象，一些遮蔽區(qū)域無法沉積到涂層，這也是導(dǎo)向葉片局部沉積涂層時非涂層區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)的理論依據(jù)。

目前，渦輪導(dǎo)向葉片的內(nèi)外緣板部位采用工裝殼體分別遮蔽防護(hù)，然后利用螺桿將兩側(cè)工裝殼體連接并固定，葉身非涂層表面(如葉盆)利用不銹鋼片進(jìn)行遮蔽。而對于該種結(jié)構(gòu)，涂層沉積時會出現(xiàn)螺桿、不銹鋼片受熱變形，導(dǎo)致非涂層區(qū)域涂覆涂層的問題；而且該遮蔽裝置只能針對單工件進(jìn)行加工，加工成本高，加工效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置及其涂覆工藝，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工裝殼體在遮蔽防護(hù)時出現(xiàn)的缺陷，以及單件加工成本高、效率低等問題。

一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置，該裝置包括用于與EB-PVD設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸連接的連接桿和用于放置葉片的盒體，所述盒體上設(shè)有涂層沉積口，待進(jìn)行涂層的葉片部位暴露在該涂層沉積口。

優(yōu)選地，所述盒體的一端安裝有蓋板，所述盒體通過蓋板密封。

優(yōu)選地，所述盒體通過連接法蘭與連接桿緊固連接。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括有分配板，該分配板通過緊固螺栓與連接桿緊固連接，所述分配板通過連接法蘭與盒體緊固連接。

優(yōu)選地，所述連接法蘭的數(shù)量與盒體的數(shù)量相等。

優(yōu)選地，所述連接桿安裝在分配板的中心位置。

優(yōu)選地，所述盒體內(nèi)進(jìn)一步安裝有溫度檢測裝置，用于檢測沉積溫度。

一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置的涂覆工藝，包括以下步驟：

S1：利用丙酮對葉片和盒體進(jìn)行清洗，之后將葉片裝入盒體內(nèi)，保證待涂層的部位暴露在涂層沉積口，然后將連接桿與EB-PVD設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸連接；

S2：開啟旋轉(zhuǎn)設(shè)備，使旋轉(zhuǎn)軸開始運轉(zhuǎn)，檢查旋轉(zhuǎn)是否正常；

S3：對EB-PVD設(shè)備的裝載室、沉積室抽真空；

S4：在真空條件下，開始加熱零件，待達(dá)到工藝溫度后，利用電子束對陶瓷料錠進(jìn)行加熱

蒸發(fā)，進(jìn)而在葉片上沉積涂層；

S5：待葉片的涂層厚度達(dá)到工藝要求時停止涂層，將葉片在真空條件下進(jìn)行冷卻；

S6：向裝載室內(nèi)充入空氣，打開爐門取出。

優(yōu)選地，在S1中，利用緊固裝置對葉片進(jìn)行限位固定。

優(yōu)選地，在S4中，真空度低于5×10^-3Pa時，開始對工件進(jìn)行加熱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置，該裝置包括用于與EB-PVD設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸連接的連接桿和用于放置葉片的盒體，所述盒體上設(shè)有涂層沉積口，待進(jìn)行涂層的葉片部位暴露在該涂層沉積口。該裝置呈整體結(jié)構(gòu)，各個部件結(jié)合緊密，在收到電子束掃描加熱時各個結(jié)構(gòu)可以相互導(dǎo)熱，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工裝殼體在遮蔽防護(hù)時出現(xiàn)的缺陷。

進(jìn)一步的，該裝置還包括分配板，可實現(xiàn)多個葉片的涂層加工，該結(jié)構(gòu)使得經(jīng)濟(jì)成本的降低、加工效率的提高。

進(jìn)一步的，盒體上安裝的電熱偶管可對沉積涂層時的工藝溫度進(jìn)行測量。

一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置的涂覆工藝，將工件裝入工裝裝置中，在真空條件下，利用電子束對陶瓷料錠進(jìn)行加熱蒸發(fā)，進(jìn)而對工件的涂層區(qū)域進(jìn)行沉積涂層。在沉積涂層過程中，由于工件的非涂層區(qū)域處于工裝裝置中，因此阻止了工件的非涂層區(qū)域被沉積涂層。

進(jìn)一步的，在對工件進(jìn)行安裝時，通過緊固裝置對工件進(jìn)行限位固定，使工件的涂層區(qū)域?qū)?zhǔn)盒體上的涂層沉積口；并且在安裝工裝裝置時，將涂層沉積口沿徑向朝外，使得工件的涂層區(qū)域可以有效的得到沉積涂層。

附圖說明

圖1為盒體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1a為正視圖，圖1b為左視圖。

圖2為蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為分配板的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3a為分配板的正視圖，圖3b為左視圖。

圖4為分配板的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為一件工件時的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為兩件工件時的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為工件涂層厚度檢測部位示意圖。

其中，1、連接桿 2、第二緊固螺栓 3、分配板 4、第一連接法蘭 5、第二連接法蘭 6、第三緊固螺栓 7、蓋板 8、第一緊固螺栓 9、盒體 901、涂層沉積口 10、第四緊固螺栓。

具體實施方式

本發(fā)明是通過分析導(dǎo)向葉片型面特點及葉身局部涂覆涂層的設(shè)計要求，并結(jié)合EB-PVD設(shè)備的工作原理，設(shè)計得到一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆裝置，該裝置可以根據(jù)導(dǎo)向葉片尺寸及設(shè)計涂層區(qū)域要求，進(jìn)行1～4件葉片的局部涂層加工，顯著提升導(dǎo)向葉片涂層加工裝爐量2～4倍，大幅度提升涂層加工效率。

結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

如圖1所示，葉片工裝盒體9為中空殼體結(jié)構(gòu)，在其左側(cè)壁上設(shè)有葉片固定螺孔，該葉片工裝盒體9的前側(cè)壁上開設(shè)有涂層沉積口901，葉片工裝盒體9的左側(cè)安裝有第一連接法蘭4，右側(cè)安裝有第二連接法蘭5，同時右側(cè)壁上開設(shè)有開口，以便將待涂層葉片放入盒體9內(nèi)。將待涂層葉片安裝在盒體9內(nèi)時，將待涂層葉片的葉盤部位對準(zhǔn)涂層沉積口901，可以實現(xiàn)葉盤部位的局部涂層涂覆，該工裝受熱后不會產(chǎn)生任何變形，保證其余部位得到有效防護(hù)。

如圖2所示，所述工裝盒蓋板7上設(shè)有與盒體9內(nèi)的葉片固定螺孔位置關(guān)系對應(yīng)的螺孔，進(jìn)一步還設(shè)有與第二連接法蘭5上的螺紋孔位置對應(yīng)的安裝孔，將待涂層葉片放入盒體9內(nèi)之后，將蓋板7蓋在第二連接法蘭5上，并通過第一緊固螺母8將盒體9和蓋板7連接密實，同時分別在盒體9內(nèi)的葉片固定螺孔和蓋板7的葉片固定螺孔內(nèi)安裝第四緊固螺母10，通過調(diào)節(jié)該螺母，將葉片限位固定。

如圖3、圖4所示，工裝陣列分配板3沿其中心軸呈環(huán)形等距分布，可以實現(xiàn)至少2件工件的安裝。

如圖5所示，一件渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置的安裝步驟如下：

首先將蓋板7蓋在盒體9的右側(cè)第二連接法蘭5上，并通過第一緊固螺栓8將蓋板7與第二連接法蘭5緊固連接；

之后將盒體9通過左側(cè)的第一連接法蘭4與連接桿1連接，第一連接法蘭4與連接桿1之間通過第二緊固螺栓2連接。

如圖6所示，多件渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置的安裝步驟如下：

首先將蓋板7蓋在盒體9的右側(cè)第二連接法蘭5上，并通過第一緊固螺栓8將蓋板7與第二連接法蘭5緊固連接；

之后將盒體9通過左側(cè)的第一連接法蘭4與分配板3連接，第一連接法蘭4與分配板3之間通過第三緊固螺栓6連接；

最后將分配板3與連接桿1通過第二緊固螺栓2連接。

利用該渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆用裝置進(jìn)行涂層涂覆的具體工藝如下：

實施方案1

本實施方案是通過分析導(dǎo)向葉片型面特點及葉身局部涂覆涂層的設(shè)計要求，并結(jié)合EB-PVD設(shè)備的工作原理，設(shè)計得到一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆裝置，該裝置可以根據(jù)導(dǎo)向葉片尺寸及設(shè)計涂層區(qū)域要求，進(jìn)行1件葉片的局部涂層加工。

具體步驟是：

步驟1，清洗：利用丙酮作為清洗劑，將渦輪導(dǎo)向葉片及工裝清洗干凈，準(zhǔn)備裝夾。清洗是為了防止零件被污染，影響涂層結(jié)合力。

步驟2，裝夾：首先將工件裝入盒體9內(nèi)，并通過第四緊固螺母10對該工件進(jìn)行限位固定，之后將盒體9通過第一連接法蘭4與連接桿1安裝連接。同時在盒體9上安裝熱電偶管，用于測量沉積室的工藝溫度。在安裝時，確保盒體9上的涂層沉積口901沿徑向方向朝外。

步驟3，涂覆涂層：所述涂覆涂層的具體過程是：

裝爐：在裝載室內(nèi)，將上述裝配完成后的工裝裝置通過連接桿1與EB-PVD設(shè)備的水平旋轉(zhuǎn)軸連接，開啟轉(zhuǎn)動裝置，檢查旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作是否正常。

抽真空：對EB-PVD設(shè)裝載室、沉積室抽真空，通過伺服電機(jī)將葉片送入沉積室，當(dāng)沉積室真空度低于5×10^-3Pa時，開始加熱零件，當(dāng)熱電偶管內(nèi)的熱電偶溫度達(dá)到工藝溫度后，開始進(jìn)行陶瓷料錠的加熱，直至電流達(dá)到工藝大小后，開始沉積涂層。

沉積涂層：根據(jù)涂層厚度設(shè)計要求，通過控制蒸發(fā)陶瓷料錠的時間和陶瓷料錠消耗量，控制涂層的厚度。

冷卻：將零件退至裝載室，當(dāng)零件真空冷至300℃以下，向裝載室內(nèi)充入空氣，打開爐門取出渦輪導(dǎo)向葉片及工裝。卸掉工裝，得到葉背處涂覆熱障涂層，且非涂層區(qū)域得到有效防護(hù)的渦輪導(dǎo)向葉片葉片。

對單件導(dǎo)向葉片的左聯(lián)、右聯(lián)葉片進(jìn)行涂層厚度檢測，檢測部位如圖7中所示，分別對葉身的上、中、下三個截面進(jìn)行涂層厚度測量，且在每個截面取5個部位進(jìn)行厚度檢測，以分析葉身表面涂層厚度均勻性。經(jīng)測量，得到表1所示的導(dǎo)向葉片涂層厚度測量結(jié)果，從表中可以看出，涂層厚度均滿足設(shè)計要求(100～150μm)。

實施方案2

本實施方案是通過分析導(dǎo)向葉片型面特點及葉身局部涂覆涂層的設(shè)計要求，并結(jié)合EB-PVD設(shè)備的工作原理，設(shè)計得到一種渦輪導(dǎo)向葉片局部涂層涂覆裝置，該裝置可以根據(jù)導(dǎo)向葉片尺寸及設(shè)計涂層區(qū)域要求，進(jìn)行2件葉片的局部涂層加工。

具體步驟是：

步驟1，清洗：利用丙酮作為清洗劑，將渦輪導(dǎo)向葉片及工裝清洗干凈，準(zhǔn)備裝夾。清洗是為了防止零件被污染，影響涂層結(jié)合力。

步驟2，裝夾：首先將2個工件分別裝入2個盒體9內(nèi)，并通過第四緊固螺母10進(jìn)行限位固定，之后將2個盒體9通過第一連接法蘭4安裝在分配板3上，分配板3與連接桿1安裝連接。同時在盒體9上安裝熱電偶管，用于測量沉積室的工藝溫度。在安裝時，確保盒體9上的噴涂口901沿徑向方向朝外。

步驟3，涂覆涂層：具體的涂覆涂層過程如上所述，此處不再贅述。

對兩件導(dǎo)向葉片進(jìn)行涂層厚度檢測，檢測部位如圖7中所示，分別對葉身的上、中、下三個截面進(jìn)行涂層厚度測量，且在每個截面取5個部位進(jìn)行厚度檢測，以分析葉身表面涂層厚度均勻性。經(jīng)測量，得到表2、表1所示的導(dǎo)向葉片涂層厚度測量結(jié)果，從表中可以看出，涂層厚度均滿足設(shè)計要求(100～150μm)。

表1

表2

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

(1)該裝置結(jié)構(gòu)簡單，配件較少，易于產(chǎn)品加工和拆裝，并能夠根據(jù)導(dǎo)向葉片尺寸進(jìn)行工裝尺寸的匹配設(shè)計。

(2)該裝置能夠顯著提升EB-PVD設(shè)備加工時的裝爐量，根據(jù)導(dǎo)向葉片尺寸的大小，可從1件葉片到4件葉片進(jìn)行涂層加工，生產(chǎn)效率成倍增加。

(3)某機(jī)導(dǎo)向葉片原裝爐量為1件，通過該裝置的改進(jìn)，每爐可以增加至2件，而且涂層厚度均勻性滿足設(shè)計要求，縮短生產(chǎn)周期100％。

(4)該裝置可有效保證涂層區(qū)域的涂覆，同時還能夠達(dá)到對非涂層區(qū)域的遮蔽防護(hù)。

(5)按每年加工5臺份葉片計算，節(jié)約生產(chǎn)成本約為80535元，具體計算方法如下：

周期計算方法：每年約加工渦輪導(dǎo)向葉片零件5×21＝105件，使用單件葉片裝置每爐次裝爐量為1件。

在EB-PVD設(shè)備進(jìn)行零件涂層涂覆時，每爐需要5小時左右，每年需要占用EB-PVD設(shè)備105×5＝525小時左右。

使用雙件葉片裝置后，每爐次裝爐量為2件，占用EB-PVD設(shè)備52×5＝260小時左右。

成本計算方法：靶材費用+功率×輸出百分比×?xí)r間×電費+工時×?xí)r間+氬氣×價格+其它(維修費、備件費等)。改進(jìn)前每件導(dǎo)向葉片處理費用：1690×3.3÷7+110×70％×5×0.5+29×5+2×100+100＝1535元。每年需成本：1535×21×5＝161175元。

采用雙件葉片裝爐后，每件導(dǎo)向葉片處理費用：1535÷2＝768元。全年可節(jié)約成本約為：161175-768×21×5＝80535元。