[發明專利]一種汽輪機葉片材料表面多層抗點蝕涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201110274738.3
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102345099A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 張程煜;曹華偉;喬生儒;折潔;韓棟;李玫
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種汽輪機葉片材料表面多層抗點蝕涂層的制備方法，特別是涉及一種超超臨界汽輪機葉片材料表面多層抗點蝕涂層的制備方法，利用帶有磁過濾的電弧離子鍍技術制備多層TiAlN涂層的方法，其中過渡層為純金屬Ti，中間層為TiN，表面層為TiAlN涂層。?

背景技術

超超臨界火力發電技術通過提高蒸汽溫度(600℃-650℃)和壓力(25-28MPa)來提高發電效率。然而對于超超臨界汽輪機葉片而言不但工作溫度高，還受到水蒸氣、活性Cl^-離子等因素的綜合作用，使得超超臨界汽輪機葉片材料的耐腐蝕性能，尤其是抗點蝕性能，會非常迅速地下降，材料的使用壽命降低。因此提高超超臨界汽輪機葉片材料的抗點蝕性能尤為重要，利用涂覆技術在葉片表面制備涂層是一種非常有效的途徑。?

離子鍍TiN涂層由于具有較高的硬度，較好的耐磨性等主要用作刀具、模具表面的硬質涂層以提高刀具、模具的使用壽命。相關文獻如《航空工藝技術》1995年第1期公開的“TiN涂層的組織結構及性能研究”由馮正等所著，該文獻中采用離子鍍技術獲得TiN涂層，結果表明TiN涂層能夠提高基體材料的耐磨性和硬度。又如《硬質合金》2006年23卷第1期公開的“TiN涂層的微觀組織結構及力學性能分析”由陳利所著，該文獻采用磁控濺射法在硬質合金基體上沉積TiN涂層，結果表明所得到的涂層硬度高達24.6GPa。但由于其表面純在較多的針孔、空洞等缺陷其耐腐蝕性能較差。TiAlN是在TiN基礎上發展起來的一種新型的硬質涂層材料，Al元素的加入提高了涂層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性能等。單層的TiAlN涂層由于涂層與基?體材料的熱物理性能和力學性能的不同，在涂層制備冷卻過程中造成涂層內應力過大，涂層與基體的結合強度差。作為超超臨界汽輪機葉片表面的防護涂層，解決針孔、空洞以及涂層表面液滴提高涂層抗點蝕性能是關鍵。?

發明內容

要解決的技術問題?

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種汽輪機葉片材料表面多層抗點蝕涂層的制備方法，利用該方法得到的涂層具有較高的硬度，良好的涂層和基體的結合力，較好的抗點蝕能力，從而對提高超超臨界汽輪機葉片抗點蝕性能起到顯著作用。?

技術方案?

一種汽輪機葉片材料表面多層抗點蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟如下：?

步驟1工件表面預處理：將超超臨界汽輪機葉片工件置于盛有丙酮溶液中的超聲清洗機中進行超聲清洗20min，然后將清洗后的工件放入無水乙醇溶液中脫水處理后干燥；?

步驟2工件加熱：將清洗后的工件放入帶有磁過濾的電弧離子鍍膜機中圓柱形工件桿上，工件表面與圓柱形真空室的內壁平行；將鍍膜機爐體真空室抽真空到＜6.0×10^-3Pa后，開啟加熱器，將真空室溫度加熱到450℃后進行保溫，保溫時間為10min；?

步驟3工件表面清洗：通入Ar氣使鍍膜機真空室真空度為8～10×10^-1Pa，開啟偏壓電源，使用的脈沖偏壓的幅值和占空比分別為800～1000V和60％～70％；然后開啟Ti靶并開啟磁過濾，調節磁過濾線圈電流為10～20A，Ti靶電流為80～100A，清洗時間為10min；工件架轉速為3～6轉/min；所述Ti靶為獨立的純Ti靶；?

步驟4制備過渡層：保持步驟4中Ti靶電流以及磁過濾線圈電流不變，調節脈沖偏壓幅值和占空比分別為400V和50％，調節Ar氣流量使真空室內真空度為3×10^-1Pa?～5×10^-1Pa，進行純金屬Ti過渡層的沉積，沉積時間為30min，沉積溫度為450℃；?

步驟5中間層制備：保持步驟5中Ar氣流量、Ti靶電流、磁過濾線圈電流、偏壓幅值及占空比不變，開啟N₂質量流量計使爐體真空度變為5～8×10^-1Pa，沉積時間為30min，沉積溫度為450℃；?

步驟6表面層制備：在步驟6的基礎上進行表面TiAlN層的沉積，開啟Al靶并調節其電流為70～90A，沉積時間為60min，沉積溫度為450℃，待冷卻后在汽輪機葉片表面得到多層抗點蝕涂層；所述Al靶為純Al靶。?

所述的獨立的純金屬Ti靶的純度均為99.99％。?

所述的Al靶的純度均為99.99％。?

所述的氮氣的純度為99.99％。?

所述的氬氣的純度為99.99％。?

有益效果?