[發明專利]物理氣相沉積在旋轉機械葉片表面制備硬阻尼涂層的方法

有效

• 申請號: 201310561018.4
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103590003A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 杜廣煜;巴德純;孫偉;韓清凱
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/46;C23C14/02
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種物理氣相沉積在旋轉機械葉片表面制備硬阻尼涂層的方法。

背景技術

表面技術作為一門新興的綜合性學科，是具極高使用價值的基礎技術。其中，表面涂層技術是目前公認的工程材料中十分重要的關鍵技術之一，已經在各種機械結構的設計和生產中得到應用，主要用于某些結構件的抗高溫（熱障涂層）、抗摩擦、抗沖刷、抗腐蝕等性能的提高。近年來以航空發動機為代表的旋轉機械不斷向高轉速、高溫、高壓方向發展，特別是隨著現代戰爭對飛行器不斷提出更高的性能要求，這就需要大量依靠新材料及新工藝的應用來實現。由振動應力水平較高所引發的結構件疲勞破壞問題越來越突出。因此，目前就有研究如何利用合金或陶瓷類硬涂層來提高構件的阻尼能力、改善旋轉機械葉片的動態特性的方法和手段。

目前，在旋轉機械葉片等零部件上制備涂層主要有EBPVD和APS兩種方法。電子束蒸發物理氣象沉積目前廣泛應用于陶瓷如YSZ、ZrO₂等涂層的制備中；但其設備成本高，且針對多元、成分復雜靶材蒸鍍時工藝參數不易調整。而噴涂方法則相對效率較高，適合異形工件表面涂層，但涂層的表面粗糙度和涂層結構的控制則不如EBPVD方法。但兩種方式均需要對基底進行加熱或制備過程中使基底溫度迅速升高，這就難免會對零件的組織結構產生影響，同時目前常用的基底處理方式如打磨、噴砂等也會對零件表面產生破壞。目前針對旋轉機械葉片制備硬阻尼涂層的物理氣相沉積方法尚未見報道。

發明內容

針對現有旋轉機械葉片表面制備涂層技術上存在的上述問題，本發明提供一種物理氣相沉積在旋轉機械葉片表面制備硬阻尼涂層的方法，將經過表面處理的旋轉機械葉片采用過濾電弧離子鍍膜機沉積Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金，制成硬阻尼涂層，提高旋轉機械葉片的阻尼能力，改善動態性能。

本發明的物理氣相沉積在旋轉機械葉片表面制備硬阻尼涂層的方法按以下步驟進行：

1、采用旋轉機械葉片作為基體，將基體置于去離子水、丙酮或無水乙醇中，采用超聲波對基體表面進行清洗；?

2、將清洗后的基體表面用空氣吹干，然后用氮氣沖洗；

3、將氮氣沖洗后的基體置于過濾電弧離子鍍膜機的真空室內，將真空室抽真空至壓力≤1×10^-3Pa；

4、向真空室內通入氬氣至壓力為0.5~1.5?Pa，對基體施加負偏壓，負偏壓幅值為200~400V，利用電極間輝光放電產生的離子轟擊基體，清洗基體表面，時間為10~30min；

5、離子轟擊后將真空室抽真空至壓力在5×10^-4~5×10^-3Pa，然后向真空室通入氬氣至壓力為0.5~1.5?Pa，再將基體預熱至100~150℃；開啟過濾電弧離子鍍膜機，采用金屬鈦作為靶材，向基體表面沉積鈦涂層，控制基體負偏壓幅值為100~300V，偏壓占空比60~80%，主弧電流25~60A，沉積時間10~30min，在基體表面沉積形成鈦涂層；

6、采用Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金作為靶材，對稱開啟6或8個多陰極磁過濾真空電弧，向基體表面的鈦涂層上沉積Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金涂層；控制負偏壓幅值為200~400?V，偏壓占空比10~30%，主弧電流25~60A，沉積時間為2.5~3小時，在基體表面制成硬阻尼涂層。

上述的鈦涂層的厚度為0.5~1.5μm，Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金涂層的厚度為20~35μm。

上述的硬阻尼涂層由鈦涂層后Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金涂層構成，其厚度為20.5~36.5μm。

上述的硬阻尼涂層的膜基結合力臨界載荷在150~220N。

上述方法中，沉積鈦涂層和Ni₆₀Cr_33.7Al_4.5Y_1.8合金涂層時，控制穩弧電流2~3A，聚焦電流2~3A。