一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法。包括有以下步骤：(1)镀前检验；(2)清洗；(3)挂件；(4)抽真空；(5)加热；(6)辉光清洗；(7)溅射清洗；(8)过渡层沉积；(9)TiN膜层制备；(10)冷却；(11)检验。本发明专利技术具有改善TC6钛合金叶轮的表面性能，使其表面抗汽蚀能力提高，主要沉积TiN膜层，提高钛合金叶轮表面的硬度、耐磨性等，进而防止汽蚀的产生，解决TC6钛合金叶轮表面汽蚀问题，进而提高钛合金叶轮的使用寿命，使其能够顺利用于航天、航空及海军等军用产品零件上的的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法
本专利技术涉及金属表面处理防护工程
，特别是一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法。
技术介绍
TC6钛合金由于比强度高，耐蚀性好而被广泛应用于离心泵的叶轮中，由于叶轮在离心泵运转时，液体的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降，当液体的绝对压力降低到等于或低于液体的饱和蒸汽压力时，容易产生汽蚀。汽蚀不但使泵的性能下降、流量减小、能耗增加，而且使过流部件被剥蚀破坏、缩短泵的寿命，甚至造成严重事故。另外，因汽蚀破坏后需经常更换叶轮、泵室等部件所进行的检修也要耗用大量的人力、物力和财力。因此应找出解决汽蚀的相应的措施，以维持泵的正常运行。部分钛合金叶轮通过表面涂覆化学涂层(如环氧树脂、聚氨酯等高分子聚合物)来提高叶轮抗汽蚀能力，但涂层与基体结合牢固性不以保证；部分钛合金叶轮采用表面化学热处理对表面进行强化，但抗汽蚀效果不是很明显；部分钛合金叶轮通过在叶轮表面喷焊或喷涂特殊能的合金粉末来改善表面质量，但其表面硬度只能达到HRC60～70(HV700～1000)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法。本专利技术具有改善TC6钛合金叶轮的表面性能，使其表面抗汽蚀能力提高，主要沉积TiN膜层，提高钛合金叶轮表面的硬度、耐磨性等，进而防止汽蚀的产生，解决TC6钛合金叶轮表面汽蚀问题，进而提高钛合金叶轮的使用寿命，使其能够顺利用于航天、航空及海军等军用产品零件上的特点。本专利技术的技术方案：一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法，包括有以下步骤：(1)镀前检验；(2)清洗；2.1超声波清洗≥10分钟；2.2化学清洗2.3酒精超声清洗≥10分钟；2.4丙酮超声清洗≥10分钟；2.5工件和陪伴件风干待用；2.6清洗后的工件和陪伴件进行装卸，并检查表面是否有污斑，有污斑则采用丙酮擦拭干净；2.7清理真空室；(3)挂件：3.1叶轮及试样采用工装及不锈钢丝固定在夹具上；3.2叶轮及试样装炉后，检查偏压和工件架转动，转动均无异常；(4)抽真空：工件装好后，关闭真空室，抽真空；(5)加热：待真空≥8×10-3Pa后，进行加热：对真空室进行加热，温度设定为200～300℃，达到预设温度后，开工件架公自转，并继续抽高真空，保温0.5～1.5小时，使真空室内温度达到平衡；(6)辉光清洗：真空≥6×10-3Pa时，真空室内充Ar气，具体工艺参数如下：真空≥2Pa、挡板为15～25°、温度≥250℃、脉冲电压为900～1100V，持续时间≥15min，Ar气的送气量为250～350ml·min-1、占空比为70～90％；(7)溅射清洗：减少Ar送气量，利用Ti离子轰击工件表面，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为25～35°、温度≥250℃、脉冲电压为800～1000V、直流电压为160～200V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为80～120ml·min-1、占空比为70～90％；(8)过渡层沉积：真空保持不变，制备Ti过渡涂层，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为25～35°、温度≥250℃、脉冲电压为500-700V、直流电压为100-140V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为80～120ml·min-1、占空比为20-40％；(9)TiN膜层制备：关闭Ar气，向真空室中通N2气，制备TiN涂层，具体工艺参数如下：真空为0.5～1.5Pa、挡板为15～25°、温度≥250℃、脉冲电压为500～700V、直流电压为60-100V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、N2气的送气量为380～420ml·min-1、占空比为10～20％；(10)冷却：依次将弧源，偏压电源，加热电源，工件架转动电源，送气阀门关闭，继续抽高真空，直到工件温度低于100℃后，停真空抽气系统，然后放气开真空室门，取工件，交付检验；(11)检验：11.1外观和表面显微形貌；11.2镀层维氏显微硬度；11.3膜层厚度测试；11.4膜层结合力；11.5摩擦性能测试。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(1)中，镀前检验：1.1镀覆前检查工件和陪伴件表面，工件和陪伴件表面无锈迹；1.2无反射光的白色投射光线下目视检查，工件和陪伴件表面无划伤、碰伤或其它机械损伤；所述工件TC6钛合金叶轮，陪伴件为TC6钛合金材料。所述步骤2.1中，用艾克森美孚ISOPARL溶剂型清洗剂超声波清洗≥10分钟。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤2.6中，清洗后的工件和陪伴件须佩带干净的手套或一次性塑胶手套进行装卸，并检查表面是否有污斑，有污斑则采用丙酮擦拭干净。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤2.7中，清理真空室：对真空室内的热屏、工件架、电弧靶，在每批工件处理之前清理干净，并先拆下进行吹砂处理后，再装机采用吸尘器清理真空室；而电弧靶的清理采用打靶处理。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(5)中，加热：待真空≥8×10-3Pa后，进行加热：采用不锈钢加热管对真空室进行加热，温度设定为250℃，达到预设温度后，开工件架公自转，并继续抽高真空，保温1小时，使真空室内温度达到平衡。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(6)中，辉光清洗：真空≥6×10-3Pa时，真空室内充Ar气，具体工艺参数如下：真空≥2Pa、挡板为20°、温度≥250℃、脉冲电压为1000V，持续时间≥15min，Ar气的送气量为300ml·min-1、占空比为80％。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(7)中，减少Ar送气量，利用Ti离子轰击工件表面，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为30°、温度≥250℃、脉冲电压为900V、直流电压为180V、弧源为100A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为100ml·min-1、占空比为80％。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(8)中，过渡层沉积：真空保持不变，制备Ti过渡涂层，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为30°、温度≥250℃、脉冲电压为600V、直流电压为120V、弧源为100A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为100ml·min-1、占空比为30％。前述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法中，所述步骤(9)中，TiN膜层制备：关闭Ar气，向真空室中通N2气，制备TiN涂层，具体工艺参数如下：真空为1Pa、挡板为20°、温度≥250℃、脉冲电压为600V、直流电压为60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法，其特征在于：包括有以下步骤：/n(1)镀前检验；/n(2)清洗；/n2.1超声波清洗≥10分钟；/n2.2化学清洗/n

【技术特征摘要】
1.一种解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法，其特征在于：包括有以下步骤：
(1)镀前检验；
(2)清洗；
2.1超声波清洗≥10分钟；
2.2化学清洗



2.3酒精超声清洗≥10分钟；
2.4丙酮超声清洗≥10分钟；
2.5工件和陪伴件风干待用；
2.6清洗后的工件和陪伴件进行装卸，并检查表面是否有污斑，有污斑则采用丙酮擦拭干净；
2.7清理真空室；
(3)挂件：
3.1叶轮及试样采用工装及不锈钢丝固定在夹具上；
3.2叶轮及试样装炉后，检查偏压和工件架转动，转动均无异常；
(4)抽真空：
工件装好后，关闭真空室，抽真空；
(5)加热：
待真空≥8×10-3Pa后，进行加热：对真空室进行加热，温度设定为200～300℃，达到预设温度后，开工件架公自转，并继续抽高真空，保温0.5～1.5小时，使真空室内温度达到平衡；
(6)辉光清洗：
真空≥6×10-3Pa时，真空室内充Ar气，具体工艺参数如下：真空≥2Pa、挡板为15～25°、温度≥250℃、脉冲电压为900～1100V，持续时间≥15min，Ar气的送气量为250～350ml·min-1、占空比为70～90％；
(7)溅射清洗：
减少Ar送气量，利用Ti离子轰击工件表面，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为25～35°、温度≥250℃、脉冲电压为800～1000V、直流电压为160～200V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为80～120ml·min-1、占空比为70～90％；
(8)过渡层沉积：
真空保持不变，制备Ti过渡涂层，具体工艺参数如下：真空为5～6×10-1Pa、挡板为25～35°、温度≥250℃、脉冲电压为500-700V、直流电压为100-140V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、Ar气的送气量为80～120ml·min-1、占空比为20-40％；
(9)TiN膜层制备：
关闭Ar气，向真空室中通N2气，制备TiN涂层，具体工艺参数如下：真空为0.5～1.5Pa、挡板为15～25°、温度≥250℃、脉冲电压为500～700V、直流电压为60-100V、弧源为90～110A、持续时间≥10min、N2气的送气量为380～420ml·min-1、占空比为10～20％；
(10)冷却：
依次将弧源，偏压电源，加热电源，工件架转动电源，送气阀门关闭，继续抽高真空，直到工件温度低于100℃后，停真空抽气系统，然后放气开真空室门，取工件，交付检验；
(11)检验：
11.1外观和表面显微形貌；
11.2镀层维氏显微硬度；
11.3膜层厚度测试；
11.4膜层结合力；
11.5摩擦性能测试。


2.根据权利要求1所述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积膜工艺方法，其特征在于：所述步骤(1)中，镀前检验：1.1镀覆前检查工件和陪伴件表面，工件和陪伴件表面无锈迹；1.2无反射光的白色投射光线下目视检查，工件和陪伴件表面无划伤、碰伤或其它机械损伤；所述工件TC6钛合金叶轮，陪伴件为TC6钛合金材料；
所述步骤2.1中，用艾克森美孚ISOPARL溶剂型清洗剂超声波清洗≥10分钟。


3.根据权利要求1所述的解决钛合金叶轮汽蚀的TiN沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，陈宝来，喻岚，唐华，
申请(专利权)人：中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52