一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法技术

一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，属于航天发动机技术领域，具体方案包括如下步骤：步骤一、对叶盘进行超声清洗；步骤二、利用冷阴极霍尔源对叶盘进行等离子体处理；步骤三、利用磁过滤沉积技术对叶盘表面沉积过渡族金属元素层；步骤四、利用磁过滤和磁控溅射复合沉积稀贵金属膜层；步骤五、利用磁过滤和磁控溅射复合沉积稀贵氮化物层。本发明专利技术的技术制备叶盘叶尖涂层致密性好，涂层结合强度更高，涂层厚度更厚，因纳米晶的存在其耐高温能力更强，抗冲蚀更加可靠。蚀更加可靠。蚀更加可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法


[0001]本专利技术属于航天发动机
，尤其涉及一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法。

技术介绍

[0002]航天器贴近地面飞行时会引起沙尘，在一般情况下，低空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，以及取决于当时所扬起的空气流动强烈程度。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，特别是转子叶盘被沙尘严重磨损。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，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；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；当较大沙尘以大风速进入发动机时，可能打坏压气机叶盘，导致航天器报废。表面沉积涂层是解决砂层冲蚀的有效方法之一，主要的方法有激光熔覆、电子束蒸发、多弧离子镀、磁控溅射以及磁过滤沉积等方法。其中以多弧离子镀和磁过滤沉积结果表现的最为优异，但其中仍存在一个致命缺点未能解决，即叶尖镀膜存在膜厚度沉积不上去、膜层质量偏差、膜层硬度偏低等。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，用于解决叶盘叶尖表面涂层薄、质量差的技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行超声清洗；步骤二、利用冷阴极霍尔源对叶盘进行等离子体处理；步骤三、利用磁过滤沉积技术对叶盘表面沉积过渡族金属元素层；步骤四、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵金属膜层；步骤五、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵氮化物层。
[0005]进一步的，步骤一中，超声的功率为1
‑
5KW，超声波溶液中醋酸的体积浓度为5
‑
10%，清洗时间为0.5
‑
1h。
[0006]进一步的，步骤二中，冷阴极霍尔源的发射功率为5
‑
10KW，束流1
‑
3A，处理时间20
‑
30min。
[0007]进一步的，步骤三中，过渡族金属元素包括W、Ta和Ti中一种或多种的组合，过渡族金属元素层的厚度为100
‑
500nm，沉积时金属离子束能量为40eV
‑
1KeV，束流不低于200mA；过渡族金属元素层与叶盘基体混合的厚度不低于10nm，整体叶盘温度为400
‑
500℃。
[0008]进一步的，步骤四中，所述稀贵金属膜层包括若干个稀有金属层和若干个贵金属层，首先采用磁过滤沉积技术对叶盘沉积稀有金属得到稀有金属层，然后采用磁控溅射沉
积技术，对叶盘沉积贵金属得到贵金属层，为一个周期，依次交替沉积稀有金属和贵金属若干个周期，每个周期中贵金属层是稀有金属层厚度的1
‑
2倍，每个周期中稀有金属层和贵金属层的厚度和不超过5nm，沉积周期不低于40次，整个稀贵金属膜层的厚度为200
‑
500nm，整体叶盘温度为400
‑
500℃，所述稀有金属包括Nb、Mo、V中的一种或多种的组合，所述贵金属包括Ag、Au，Pt中的一种或多种的组合。
[0009]进一步的，步骤四中，所述磁过滤沉积技术的起弧电流为130
‑
200A，磁过滤沉积时离子能量为200
‑
500eV，整体束流不高于500mA；所述磁控溅射沉积技术的电流为1
‑
5A。
[0010]进一步的，步骤四中，通入乙炔气体对叶盘进行冷却，表面实现物理渗碳，渗碳深度大于200nm。
[0011]进一步的，步骤五中，利用与步骤四相同的方法在步骤四的基础上进一步沉积稀贵金属膜层，在沉积的同时通入氮气，得到稀贵氮化物层。
[0012]进一步的，氮气的进气量为60
‑
100sccm；沉积时负压60
‑
100V，磁过滤沉积的束流不高于0.8A，整体叶盘的温度<350℃。
[0013]进一步的，在通入氮气的同时，通入乙炔气体对叶盘冷却至350℃以下。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于磁过滤沉积技术和磁控溅射技术制备超厚高质量的叶尖涂层，解决现有技术制备的涂层结合强度差、易冲蚀等技术问题。本专利技术采用多种工艺技术复合完成叶尖涂层的制备，有别于其他地方，叶尖是电场和磁场的增强处，极易温度骤升，导致软化退火，也易发生溅射，涂层的厚度镀上不去；多种工艺复合保证解决这两个问题。稀贵金属的引入，解决叶尖溅射问题，多层结构参数控制解决内应力问题；稀有金属和贵金属的分工合作：稀有金属负责涂层硬度的提升，贵金属负责韧性的提升，各司其职，优势互补。本专利技术的技术制备叶盘叶尖膜层致密性好，膜层结合强度更高，膜层厚度更厚，因纳米晶的存在其耐高温能力更强，抗冲蚀更加可靠。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的叶盘结构示意图；图2是本专利技术工艺方法流程框图；图3是实施例1
‑
6涂层与叶盘基体的结合强度测试结果示图；图4是实施例1
‑
6叶盘叶尖涂层厚度示图；图中，101、叶尖，102、叶边，103、叶根，104、叶背。
具体实施方式
[0016]下面将结合附图和实施例，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]现有技术中，叶盘的结构示意图如图1所示。
[0018]一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，包括以下步骤：步骤一、利用超声波清洗器对叶盘表面进行超声波清洗；
步骤二、利用冷阴极霍尔源对叶盘表面进行等离子体处理；步骤三、利用磁过滤沉积技术对叶盘表面沉积过渡族金属元素层，步骤四、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵金属膜层；步骤五、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵氮化物层。
[0019]其中，步骤一中，利用超声波清洗器对叶盘进行超声波清洗，超声波的功率为1
‑
5KW，超声波溶液中醋酸的体积浓度为5
‑
10%，清洗时间为0.5
‑
1h，清洗后表面无氧化物，表面粗糙度增加不超过10%；步骤二中，冷阴极霍尔源表面清洗的步骤为：利用发射功率为5
‑
10KW的冷阴极霍尔源对叶盘表面进行处理，束流为1
‑
3A，处理时间为20
‑
30min；处理后表面粗糙度Ra不大于0.3；处理结束后叶盘表面温度控制在300
‑
500℃；（温度高于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行超声清洗；步骤二、利用冷阴极霍尔源对叶盘进行等离子体处理；步骤三、利用磁过滤沉积技术对叶盘表面沉积过渡族金属元素层；步骤四、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵金属膜层；步骤五、利用磁过滤沉积技术和磁控溅射沉积技术复合沉积稀贵氮化物层。2.根据权利要求1所述的一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，其特征在于：步骤一中，超声的功率为1
‑
5KW，超声波溶液中醋酸的体积浓度为5
‑
10%，清洗时间为0.5
‑
1h。3.根据权利要求1所述的一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，其特征在于：步骤二中，冷阴极霍尔源的发射功率为5
‑
10KW，束流1
‑
3A，处理时间20
‑
30min。4.根据权利要求1所述的一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，其特征在于：步骤三中，过渡族金属元素包括W、Ta和Ti中一种或多种的组合，过渡族金属元素层的厚度为100
‑
500nm，沉积时金属离子束能量为40eV
‑
1KeV，束流不低于200mA；过渡族金属元素层与叶盘基体混合的厚度不低于10nm，整体叶盘温度为400
‑
500℃。5.根据权利要求1所述的一种叶盘叶尖表面沉积工艺方法，其特征在于：步骤四中，所述稀贵金属膜层包括若干个稀有金属层和若干个贵金属层，首先采用磁过滤沉积技术对叶盘沉积稀有金属得到稀有金属层，然后采用磁控溅射沉积技术，对叶盘沉积贵金属得到贵金属层，为一个周期...

【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：