一种整体叶盘涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种整体叶盘涂层及其制备方法和应用，属于航空发动机技术领域。本发明专利技术通过对基底进行金属元素注入，使得基底具备很好的膜基结合力，同时通过金属离子注入，能够在叶盘表面形成压应力，降低超厚膜层对叶盘疲劳性能的影响，采用负压装置提高等离子体的绕射能力，从而提高整体叶盘中窄缝的镀膜能力，适用于小型多窄缝轴流整体叶盘涂层的制备；本发明专利技术采用磁过滤沉积系统，同时配备第一磁场控制装置和第二磁场控制装置，通过电场、磁场的耦合能够方便实现多角度、多维度均匀的镀膜；本发明专利技术通过金属离子注入、磁过滤沉积以及磁场的相互协同能够实现窄缝的均匀镀制，且通过循环磁过滤沉积，能够实现整体轴流叶盘镀制超厚的涂层。的涂层。的涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶盘涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，尤其涉及一种整体叶盘涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]直升机贴近地面飞行时会引起沙尘，在一般情况下，直升机附近空气中的灰尘浓度，取决于土壤的结构强度、矿物质的分散成份、当地气候条件以及旋翼旋转时所扬起的空气流动强烈程度。如果在降落场上，直升机之间距离小于50 m，则由于空气流的移动，一架直升机扬起的灰尘会对另一架直升机发动机工作有重大影响。沙尘进入发动机进气道里，会造成发动机空气、燃气通道中各部件的磨损，特别是转子叶片被沙尘严重磨损。米
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8直升机在沙尘场地上空近地悬停、发动机在最大工作状态时，每分钟每台发动机约要吸进3kg重的沙尘。直
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9直升机上所采用的涡轴八发动机的进气防护装置虽然作了一些改进，但是，在沙尘环境下持续飞行时，仍有大量的沙尘进入发动机内部，其后果是：1、发动机内部的压气机受到严重磨损：对于轴流压气机，通常在叶片的进气边缘、工作叶片颈部以及整流叶片根部磨损最为严重，压气机机匣内壁封严涂层也有磨损；对于离心式压气机，因其工作叶轮迎风面积较大，磨损最为严重，这些损伤使发动机性能恶化，造成其功率下降，耗油率增加；2、细沙尘进入涡轮工作叶片冷却通道中，堵塞通道，引起工作叶片超温，甚至烧毁；3、当较大沙尘以大风速进入发动机时，可能打坏压气机叶片。
[0003]国内在整体叶盘表面制备抗冲蚀涂层领域的研究开展较晚，现并无相关的整体叶盘沉积涂层的专用设备，而现有制备叶盘涂层的方法存在以下缺陷：无法实现窄缝的工件样品的镀膜；很难实现超厚陶瓷涂层的沉积；膜层致密性差、孔洞多，而且与基体结合力偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种整体叶盘涂层及其制备方法和应用，所述整体叶盘涂层能够实现窄缝叶盘样品的镀膜，且所制备的整体叶盘涂层膜层致密性高、与叶盘基体的结合力强。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种整体叶盘涂层的制备方法，包括以下步骤：利用金属真空蒸汽离子源系统，对整体叶盘基底进行金属离子注入，在基底表面形成金属钉扎层；利用第一磁过滤沉积系统，在所述金属钉扎层上进行第一磁过滤沉积，形成金属应力释放层；在通入氮气的条件下，利用第二磁过滤沉积系统，在所述金属应力释放层上进行第二磁过滤沉积，形成单层陶瓷膜层；以通入氮气的时间t为循环周期，在所述单层陶瓷膜层上依次循环进行第一磁过
滤沉积和第二磁过滤沉积，得到整体叶盘涂层；所述氮气的进气量的计算公式为sccm，其中，t代表通入氮气的时间，单位为分钟；S代表进气量，单位为sccm；所述第一磁过滤系统和第二磁过滤系统的磁过滤弯管上均设置有第一磁场控制装置；所述整体叶盘涂层中整体叶盘的四周设置有第二磁场控制装置；所述整体叶盘上设置有负压装置。
[0006]优选的，所述基底为TC4或TC11钛合金。
[0007]优选的，所述金属真空蒸汽离子源系统中，离子束流的方向与整体叶盘的叶尖夹角为25~45
o
。
[0008]优选的，所述金属离子注入所用金属为Zr或Mo，所述金属离子注入的注入电压为10~45 kV，束流强度为1~10 mA，注入剂量为1
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（1015~1016）/cm2，注入深度为100~320nm。
[0009]优选的，所述第一磁过滤系统为磁过滤阴极真空弧FCVA系统；所述磁过滤阴极真空弧FCVA系统中离子束流方向与整体叶盘的叶尖夹角为10~90
o
；所述第一磁过滤沉积的起弧电流为90~120A，磁场强度为20~100A，频率为20~100Hz。
[0010]优选的，所述金属应力释放层中的金属元素为Zr或Mo，所述金属应力释放层的厚度为10~1000 nm。
[0011]优选的，所述第二磁过滤系统为磁过滤阴极真空弧FCVA系统；所述第二磁过滤沉积的负偏压为1~25kV，占空比为0.0001~20%；所述第二磁过滤沉积的起弧电流为90~120A，磁场强度为20~100A，频率为20~100Hz；所述陶瓷膜层的厚度为1~20μm。
[0012]优选的，在所述整体叶盘的直径范围内设置正负交变线包，所述正负交变线包的磁场强度为
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10~+10mT。
[0013]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的整体叶盘涂层，所述整体叶盘涂层包括依次层叠设置的整体叶盘基底层、金属钉扎层和依次循环层叠设置的金属应力释放层和陶瓷膜层，所述整体叶盘涂层的最外层为金属应力释放层。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述整体叶盘涂层在轴流整体叶盘发动机中的应用。
[0015]本专利技术提供了一种整体叶盘涂层的制备方法，包括以下步骤：利用金属真空蒸汽离子源系统，对基底进行金属离子注入，在基底表面形成金属钉扎层；利用第一磁过滤沉积系统，在所述金属钉扎层上进行第一磁过滤沉积，形成金属应力释放层；在通入氮气的条件下，利用第二磁过滤沉积系统，在所述金属应力释放层上进行第二磁过滤沉积，形成单层陶瓷膜层；以通入氮气的时间t为循环周期，在所述单层陶瓷膜层上依次循环进行第一磁过滤沉积和第二磁过滤沉积，得到整体叶盘涂层；所述氮气的进气量的公式为sccm，其中，t代表通入氮气的时间，单位为分钟；S代表进气量，单位为sccm；所述第一磁过滤系统和第二磁过滤系统的磁过滤弯管上均设置有第一磁场控制装置；所述整体叶盘涂层中整体叶盘的四周设置有第二磁场控制装置；所述整体叶盘上设置有负压装置。
[0016]本专利技术通过对整体叶盘基底进行金属元素注入，使得基底具备很好的膜基结合
力，同时通过金属离子注入，能够在叶盘表面形成压应力，降低超厚膜层对叶盘疲劳性能的影响，采用负压装置提高等离子体的绕射能力，从而提高整体叶盘中窄缝的镀膜能力，因此，本专利技术所述方法适用于小型多窄缝轴流整体叶盘涂层的制备。
[0017]本专利技术采用磁过滤沉积系统进行磁过滤沉积，相比于磁控溅射、电子束蒸发等PVD沉积方法，原子离化率高（90%以上），可使等离子体密度增加，成膜时大颗粒减少，有利于提高涂层的硬度、耐磨性、致密性和膜基结合力。
[0018]传统的多弧设备仅适合于低遮挡的基体表面的镀膜，而对于高度遮挡的整体叶盘而言，其镀膜均匀性非常差，而且遮挡严重的位置结合强度不高，容易发生脱落，大大影响叶盘的整体性能；而本专利技术采用磁过滤沉积系统，能够实现多角度耦合，同时配备第一磁场控制装置和第二磁场控制装置，通过电场、磁场的耦合能够方便实现多角度、多维度均匀的镀膜。
[0019]本专利技术通过金属离子注入、磁过滤沉积以及磁场的相互协同能够实现窄缝的均匀镀制，且通过循环磁过滤沉积，能够实现整体轴流叶盘镀制超厚的涂层。
附图说明
[0020]图1为实施例1~3和对比例1制备的整体叶盘涂层与叶盘基体的结合力测试图；图2为整体叶盘涂层示意图；图3为实施例1~3和对比例1制备的整体叶盘涂层在叶盘进气边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用金属真空蒸汽离子源系统，对整体叶盘基底进行金属离子注入，在基底表面形成金属钉扎层；利用第一磁过滤沉积系统，在所述金属钉扎层上进行第一磁过滤沉积，形成金属应力释放层；在通入氮气的条件下，利用第二磁过滤沉积系统，在所述金属应力释放层上进行第二磁过滤沉积，形成单层陶瓷膜层；以通入氮气的时间t为循环周期，在所述单层陶瓷膜层上依次循环进行第一磁过滤沉积和第二磁过滤沉积，得到整体叶盘涂层；所述氮气的进气量的计算公式为sccm，其中，t代表通入氮气的时间，单位为分钟；S代表进气量，单位为sccm；所述第一磁过滤沉积系统和第二磁过滤沉积系统的磁过滤弯管上均设置有第一磁场控制装置；所述整体叶盘涂层中整体叶盘的四周设置有第二磁场控制装置；所述整体叶盘上设置有负压装置。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底为TC4或TC11钛合金。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属真空蒸汽离子源系统中，离子束流的方向与整体叶盘的叶尖夹角为25~45
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。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子注入所用金属为Zr或Mo，所述金属离子注入的注入电压为10~45 kV，束流强度为1~10 mA，注入剂量为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，
申请(专利权)人：北京辰融科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：