一种叶盘抗高温涂层的沉积方法技术

一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，属于航天发动机技术领域，具体包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行表面超声清洗；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、基于磁过滤技术制备高熵化合金扩散障层；步骤四、基于磁过滤和磁控复合技术制备粘结层；步骤五、利用热喷涂技术制备陶瓷层。本发明专利技术的技术制备叶盘膜层致密性好，膜层结合强度更高，隔热性能优，因高熵合金层的存在，高温下抑制TGO生长能力更强，膜层高温下寿命更高、更稳定。更稳定。更稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种叶盘抗高温涂层的沉积方法


[0001]本专利技术属于航天发动机
，具体涉及一种叶盘抗高温涂层的沉积方法。

技术介绍

[0002]叶盘在工作时温度相对较高，最高温度可达1600℃，钛合金材料的叶盘在高温下性能会发生明显的退化；退化的叶盘引起推重比的明显下降，大大降低了航天器的效率。表面沉积抗高温涂层是解决砂层叶盘退化的有效方法之一，主要的方法有激光熔覆、电子束蒸发、热喷涂、多弧离子镀、磁控溅射以及磁过滤沉积等方法。其中以热喷涂和多弧离子镀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，即抗温膜层质量偏差的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，基于离子束技术（磁过滤技术）、磁控溅射技术和热喷涂技术制备超厚高质量的抗高温涂层，解决现有技术中涂层与基体结合强度差、涂层抗高温氧化能力差的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行表面超声清洗；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、基于磁过滤技术制备高熵化合金扩散障层；步骤四、基于磁过滤和磁控溅射复合技术制备粘结层；步骤五、利用热喷涂技术制备陶瓷层。
[0005]进一步的，步骤一中，超声的功率为3
‑
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；步骤二中，冷阴极霍尔源的发射功率为5
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10KW，束流1
‑
3A，处理时间20
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30min。
[0006]进一步的，步骤三中，扩散障层的高熵合金包括Ni、Co、Cr和Al元素，其中Ni与Co原子含量比不大于2.5，Cr与Al原子含量比不小于0.6，Al和Ni原子含量比不小于0.9。
[0007]进一步的，Ni原子含量为20
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35%，Co原子含量为10
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15%，Cr原子含量为20
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25%，Al原子含量为25
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40%。
[0008]进一步的，步骤三中，扩散障层的厚度为1
‑
5μm，磁过滤沉积时金属离子束能量为40eV
‑
1KeV，束流不低于1A；扩散障层中的高熵合金与叶盘基体混合的厚度不低于20nm，整体叶盘温度控制在400
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500℃。
[0009]进一步的，步骤四中，所述粘结层包括NiPtAl粘结层、NiAuAl粘结层或NiAgAl粘结层。
[0010]进一步的，组成所述粘结层的金属元素还包括Nb、Mo、V中的一种或多种的组合。
[0011]进一步的，利用磁控溅射技术或磁过滤技术沉积贵金属，利用磁过滤技术沉积非贵金属，两种技术同时使用在叶盘的扩散障层上沉积粘结层。
[0012]进一步的，磁过滤技术的起弧电流为130
‑
200A，沉积时离子能量为200
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500eV，整体束流不低于1A，其消耗阴极的合金金属为AlMo、AlV中一种或多种的组合；所述磁控溅射技术的电流为1
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5A，其消耗阴极的金属为AlAg、NiAu、NiPt中的一种或多种的组合；贵金属占所述粘结层的原子含量为5
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10%；所述粘结层的厚度为2
‑
10μm；整体叶盘温度控制在400
‑
500℃；沉积结束后，通入乙炔气体进行冷却，表面实现物理渗碳，渗碳深度大于200nm。
[0013]进一步的，步骤五中，热喷涂沉积速度不低于10μm/h，温度<350℃，整个抗高温涂层的厚度为30
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100μm。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、传统工艺仅单一用热喷涂或者电子束蒸发方式，致密性差，阻氧扩散性差；本专利技术通过整体工艺的匹配和协调，多技术的融合，恰到好处的工艺设置，制备得到的抗高温涂层致密性好，结合强度更高，隔热性能优，因高熵化合金扩散障层的存在，高温下抑制TGO生长能力更强，抗高温涂层在高温下寿命更长、更稳定；2、气体离子源（冷阴极霍尔源）清洗的时间控制在0.5
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1h，温度控制在300
‑
500℃，该温度下高熵合金与叶盘基体混合层厚度不低于20nm，实现抗高温涂层与基体的高结合强度；3、扩散障层高熵元素设计，及相关元素的含量控制，实现元素高温下阻扩散能力增强的作用；4、磁过滤技术和磁控溅射技术匹配制备的粘结层，两种技术混合实现的纳米晶的控制；5、抗高温效果好，生长氧化层TGO的生长厚度减慢，氧化增重质量小。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的叶盘抗高温涂层结构示意图；图2是本专利技术工艺方法流程框图；图3是实施例1
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4抗高温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
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4中800℃有氧环境下1h氧化增重对比图；图5是实施例1
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4中800℃有氧环境下1h TGO生长厚度对比图；图中：1、叶盘，2、钉扎层，3、扩散障层，4、粘结层，5、生长氧化层，6、陶瓷层。
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]具体实施方式一一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行表面超声清洗；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、基于磁过滤技术制备高熵化合金扩散障层3；
步骤四、基于磁过滤和磁控溅射复合技术制备粘结层（BC）4；步骤五、利用热喷涂技术制备陶瓷层（TBC）6。
[0018]进一步的，步骤一中，利用超声波清洗器对叶盘1进行超声波清洗，超声波的功率为3
‑
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%。
[0019]进一步的，步骤二中，利用发射功率为5
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10KW的冷阴极霍尔源对叶盘1进行表面处理，束流1
‑
3A，处理时间20
‑
30min；处理后表面粗糙度Ra在0.3
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0.4μm之间；处理结束后叶盘表面温度300
‑
500℃；（温度高于300℃有利于扩散障层与叶盘基体的混合金属层（钉扎层）的形成，温度过低很难制备混合金属层厚度达到20nm）。
[0020]进一步的，步骤三中，用磁过滤技术制备高熵化合金扩散障层3，高熵合金以Ni、Co、Cr、Al元素为主，Ni和Al对于高熵化合金扩散障层而言本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对叶盘进行表面超声清洗；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、基于磁过滤技术制备高熵化合金扩散障层；步骤四、基于磁过滤和磁控溅射复合技术制备粘结层；步骤五、利用热喷涂技术制备陶瓷层。2.根据权利要求1所述的一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，其特征在于：步骤一中，超声的功率为3
‑
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；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。3.根据权利要求1所述的一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，其特征在于：步骤三中，扩散障层的高熵合金包括Ni、Co、Cr和Al元素，其中Ni与Co原子含量比不大于2.5，Cr与Al原子含量比不小于0.6，Al和Ni原子含量比不小于0.9。4.根据权利要求3所述的一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，其特征在于：Ni原子含量为20
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35%，Co原子含量为10
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15%，Cr原子含量为20
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25%，Al原子含量为25
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40%。5.根据权利要求1所述的一种叶盘抗高温涂层的沉积方法，其特征在于：步骤三中，扩散障层的厚度为1
‑
5μm，磁过滤沉积时金属离子束能量为40eV
‑
1KeV，束流不低于1A；扩散障层中的高熵合金与...

【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：