真空电弧镀制备高温防护涂层的方法技术

一种真空电弧镀制备高温防护涂层的方法，其特征在于包括：　　　　－真空电弧镀沉积涂层，即：　　　　　将合金涂层材料制成消耗性阴极，使工件处于阴极与阳极之间；　　　　在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；　　　　－真空退火。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温防护技术，特别提供了一种。
技术介绍
以航空发动机为代表的透平机械，其热端部件的防护水平，决定着其发展，随着航空发动机向高推重比、高性能方向的发展，发动的燃气温度不断提高，先进航空发动机的涡轮进口温度已达2000K，而热端部件合金基体的耐热能力，已接近极至，因此，高温防护涂层的发展和应用，在某种程度上代表了航空发动机的水平。目前，高温防护涂层的制备方法大体可分为两大类即热喷涂法(PS)和物理气相沉积法(PVD)。热喷涂法包括常压等离子喷涂(APS)、低压等离子喷涂(LPPS)、火焰喷涂、超音速喷涂、爆炸喷涂。物理气相沉积法包括电子束物理气相沉积(EB-PVD)、磁控溅射、真空电弧镀等。总的来说，热喷涂方法的优点是工艺相对简单，效率高、成本低，易实现工程化应用。但也普遍存在涂层组织相对多孔疏松，内应力相对较高，强度相对较低的问题。作为高温防护涂层，可靠性存在质疑。在物理气相沉积方法中，现代的EB——PVD工艺，亦称电子束离子镀，因其通过采用辅助电极离化和施加偏压，实际上已成为一种离子镀，这对提高镀层质量起到了重要作用。但因该工艺设备投资大，运行成本高，生产效率低，其工程化应用受到限制。而磁控溅射工艺，属于辉光放电，它的能量密度相对较低，与EB-VD相比并无优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，其具有较高的离化率、能量密度、生产率，较低的能耗、成本率，良好的工艺可控性和再现性，并且制备出的涂层均匀致密，性能优良。本专利技术提供了一种，其特征在于包括——真空电弧镀沉积涂层，即将合金涂层材料制成消耗性阴极，使工件处于阴极与阳极之间；在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；——真空退火。本专利技术中，沉积涂层的工艺参数范围如下真空度P＜5.32×10-2Pa；电弧电流400-800A；电弧电压(阴阳极之间)30-50V；沉积时间1-5h。真空退火的工艺参数范围如下真空度P＜1.33×10-1Pa温度1000-1200℃时间3-5h。本专利技术中，沉积涂层前最好对工件表面进行离子清洗，即在高能电场作用下，工件表面受到离子轰击，基体材料被带走，发生离子净化和表面活化过程，工艺参数范围如下真空度P＜5.32×10-2Pa； 电弧电流400-600A；工件电压(阴极与工件之间)200-300V；清理时间2-6min。本专利技术中，所述工件为任何现有的高温合金工件；阴极合金涂层材料为任何现有的高温防护涂层材料。本专利技术与现有技术相比，有许多独特优势。首先，真空电弧镀属于弧光放电，离化率明显高于辉光放电；其次，在真空电弧镀等离子体中，有相当比例的原子离子，还有一定量的二次电离离子，有利于改进镀层质量；第三，真空电弧镀的生产效率和能量利用率均明显高于EB-PVD及磁控溅射；第四，真空电弧镀的成本明显低于EB-PVD。由此可见，采用真空电弧镀有利于改进镀层质量，增加生产效率，降低能耗减少设备投资。在这些优势中，最重要的一点是镀层质量。总之，本专利技术的工艺特点是1、通过改变待涂敷零件的电势，来控制等离子流的运行速度，进而控制与涂敷表面相互作用的等离子粒子的能量，可用来优化各种不同涂层的制备工艺。2、无“反面”效应，能够在复杂型面的粗糙面上，获得致密涂层。3、等离子流定向流动，使得形成涂层的阴极靶材有较高的利用率。4、在基体材料温度相对较低的条件下沉积涂层，可防止零件变形、组织转变、性能降低。5、可通过将活性气体(N2、C2H2、O2)加入金属等离子流中，以及利用主要发生在涂敷表面的等离子化学反应，能够获得复杂成分(氮化物、碳化物、氧化物)的涂层。6、涂镀工艺的高再现性，决定了能在批生产条件下制备高质量的涂层，检查工作量小，涂层品质优良可靠。7、设备投资和运行成本较低，生产效率较高。8、该过程是净生态过程，无环境污染。具体实施例方式工艺流程除油→冲洗→射流磨料加工→超声波洗涤→干燥→称重→装夹→抽真空→离子清理→涂镀→真空状态下冷却→拆卸夹具→增重测量→外观检查→真空退火(扩散)→着色或荧光探伤→交付使用。实施例1 NiCrAlY合金涂层离子清理真空度P＜5.32×10-2Pa电弧电流400-600A工件电压200-300v清理时间2-6min沉积涂层真空度P＜5.32×10-2Pa电弧电流600-800A电弧电压30-50V沉积时间2-5h真空退火真空度P＜1.33×10-1Pa温度1000-1200℃时间3-5h。涂层厚度50-70μm。用途用于1150℃以下的抗高温氧化认真腐蚀防护。实施例2 AlSiY扩散合金化涂层离子清理真空度P＜5.32×10-2Pa电弧电流400-600A工件电压200-300V清理时间2-6min沉积涂层真空度P＜5.32×10-2Pa电弧电流400-700A电弧电压30-50V沉积时间1-3h真空退火真空度P＜1.33×10-1Pa温度1000-1100℃时间3-5h涂层厚度20-50μm。用途用于1100℃以下的抗高温氧化腐蚀防护。权利要求1.一种，其特征在于包括——真空电弧镀沉积涂层，即将合金涂层材料制成消耗性阴极，使工件处于阴极与阳极之间；在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；——真空退火。2.按照权利要求1所述，其特征在于沉积涂层的工艺参数范围如下真空度P＜5.32×10-2Pa；电弧电流400-800A；电弧电压(阴阳极之间)30-50V；沉积时间1-5h。3.按照权利要求1所述，其特征在于真空退火的工艺参数范围如下真空度P＜1.33×10-1Pa温度1000-1200℃时间3-5h。4.按照权利要求1所述，其特征在于沉积涂层前，对工件表面进行离子清洗，即在高能电场作用下，工件表面受到离子轰击，基体材料被带走，发生离子净化和表面活化过程，工艺参数范围如下真空度P＜5.32×10-2Pa；电弧电流400-600A；工件电压(阴极与工件之间)200-300V；清理时间2-6min。5.按照权利要求1所述，其特征在于所述工件为高温合金工件。6.按照权利要求1所述，其特征在于所述阴极合金涂层材料为NiCrAlY，或AlSiY。全文摘要一种，其特征在于包括真空电弧镀沉积涂层，即在真空电场作用下，将导电的阴极合金涂层材料，转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；再进行真空退火。本专利技术具有较高的离化率、能量密度、生产率，较低的能耗、成本率，良好的工艺可控性和再现性，并且制备出的涂层均匀致密，性能优良。文档编号C23C14/28GK1607265SQ20031010483公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月13日 优先权日2003年10月13日专利技术者赵维勋, 张鹏, 付裕, 李长伟, 常秋梅 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维勋，张鹏，付裕，李长伟，常秋梅，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：