[發(fā)明專利]長(zhǎng)程微通道內(nèi)壁TiO2涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410475432.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104264126A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李象遠(yuǎn);朱權(quán);王健禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/40
• 分類號(hào): C23C16/40
• 代理公司: 四川君士達(dá)律師事務(wù)所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面處理及涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及長(zhǎng)程微通道內(nèi)壁TiO₂涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法。

背景技術(shù)

在將來(lái)可能涉及到的高速飛行中，需要通過(guò)主動(dòng)冷卻方案解決發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理問(wèn)題，即，在燃料進(jìn)入燃燒室前，首先在發(fā)動(dòng)機(jī)的壁面流動(dòng)，通過(guò)物理升溫和化學(xué)裂解反應(yīng)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢熱。為了達(dá)到有效換熱和充分冷卻，需要燃料流經(jīng)的冷卻管道足夠細(xì)，長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，以確保燃料的溫升足夠高。在此過(guò)程中，燃料一方面發(fā)生高溫裂解反應(yīng)，一方面發(fā)生結(jié)焦積碳反應(yīng)，尤其是基體材料的表面催化結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)可堵塞整個(gè)油路，帶來(lái)安全隱患。

研究表明，一般的Fe基，Ni基等基體材料對(duì)燃料的結(jié)焦積碳具有較強(qiáng)的催化作用，會(huì)導(dǎo)致高溫條件下的積碳大量生成。為抑制基體表面的金屬催化結(jié)焦，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量的研究工作。目前，抑制金屬催化結(jié)焦的方法主要有四種：一是在線處理，即將基體表面清焦后，采用硫化氫、有機(jī)硫化物和有機(jī)磷化物中的一種或幾種對(duì)將基體表面進(jìn)行預(yù)處理；二是氣氛處理，主要是對(duì)基體進(jìn)行表面處理，以降低基體表面的鐵、鎳含量來(lái)抑制金屬催化結(jié)焦；三是在基體表面形成金屬合金層；四是在基體表面形成無(wú)機(jī)涂層。其中，在線處理需要在每次清焦后重新處理，工序較多，不利于工業(yè)應(yīng)用；氣氛處理方式則在基體表面形成的合金層較薄，容易破裂；合金層在經(jīng)過(guò)工業(yè)試用后發(fā)現(xiàn)其抑制結(jié)焦作用不明顯。因此，抑制金屬催化結(jié)焦較為簡(jiǎn)便有效的方法是表面涂層技術(shù)，而如何在長(zhǎng)程微通道的內(nèi)壁進(jìn)行表面涂層處理又成為關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，常用的涂層制備技術(shù)主要有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠、熱噴涂技術(shù)、電化學(xué)涂層等。這些工藝在工業(yè)中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，如物理氣相沉積在生物材料的制備，化學(xué)氣相沉積在硬質(zhì)合金刀具的處理，溶膠凝膠法在催化劑的生產(chǎn)，電化學(xué)涂層在表面拋光等方面都得到了很好的應(yīng)用。但考慮到針對(duì)長(zhǎng)程(0.6-1m)，微通道(內(nèi)徑2-4mm)的內(nèi)壁涂層處理，現(xiàn)有的涂層裝置和工藝難以滿足要求，現(xiàn)有裝置和沉積工藝僅能實(shí)現(xiàn)小型或大型工件的表面化學(xué)氣相沉積，而對(duì)于管長(zhǎng)1m，內(nèi)徑在1-4mm的樣件的內(nèi)壁涂覆尚無(wú)好的處理辦法。

因此，只有化學(xué)氣相沉積方法通過(guò)重新設(shè)計(jì)可能成為解決問(wèn)題的方案。TiO₂涂層具有良好的導(dǎo)熱性能，力學(xué)性能，抗氧化性能，熱沖擊抗性，結(jié)焦反應(yīng)的催化惰性，與基體材料相近的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，從而成為表面涂層處理的優(yōu)選方案之一。因此，我們通過(guò)借鑒傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法，針對(duì)異形長(zhǎng)程微通道內(nèi)壁涂層涂覆的特殊需求，通過(guò)重新設(shè)計(jì)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，開(kāi)發(fā)新的涂層工藝和方法，從而最終實(shí)現(xiàn)了冷卻通道表面的涂層處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供長(zhǎng)程微通道內(nèi)壁TiO₂涂層化學(xué)氣相沉積涂覆方法，解決了針對(duì)長(zhǎng)程(0.6-1m)，微通道(內(nèi)徑1-4mm)的內(nèi)壁涂層處理，現(xiàn)有的涂層裝置和工藝難以滿足要求的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供進(jìn)行長(zhǎng)程微通道內(nèi)壁TiO₂涂層化學(xué)氣相沉積涂覆的裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：?jiǎn)喂芡扛补ぜ礃蛹念A(yù)處理：

對(duì)樣件去除加工過(guò)程中的粉塵和微細(xì)雜質(zhì)；

進(jìn)行酸洗，去除內(nèi)壁的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物；

使用純凈度高的去離子水漂洗，去除表面殘?jiān)?/p>

采用丙酮清洗除去油污和其它有機(jī)物質(zhì)；空氣泵吹掃5min，使內(nèi)壁殘留的丙酮加速揮發(fā)，除盡殘留的丙酮，放入烘箱中在80℃烘干備用；

步驟2：涂層樣件的裝配：

樣件將第三級(jí)混氣罐和尾端混氣罐體連接，檢查氣密性，在保證不漏氣的條件下，整體放入加熱爐內(nèi)，將第三級(jí)混氣罐和第二級(jí)混氣罐通過(guò)卡套式硬密封進(jìn)行連接，檢查氣密性；

步驟3：升溫沉積工藝：