[發明專利]物理氣相沉積制備葉片熱障涂層的控制系統與工藝方法

在審

• 申請號: 201410640399.X
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN105648416A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 夏筱筠;徐菲菲;柏松;陸迺田;趙維浩;郭旭;陸洋;宋佳;鄭岳
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司
• 主分類號: C23C14/54
• 分類號: C23C14/54;C23C14/30
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明涉及物理氣相沉積制備葉片熱障涂層的控制系統與工藝方法，系統包括順序連接的工藝控制系統、高壓電子束發生器、高壓電子束，以及與工藝控制系統順序連接的工藝動作控制器、工藝動作執行機構，還包括與高壓電子束所作用的涂層靶材，用于在基體工件上生成涂層；所述工藝控制系統還連有工件軸控制裝置，所述工件軸控制裝置與基體工件連接，用于控制基體工件的旋轉。本發明的基體工件運動控制系統具有手動/自動控制方式，連續/往復運動模式，以及分段調速等功能，能有效、便捷的設置涂層制備工藝參數，便于操作者掌握和使用。

技術領域

本發明屬于航空裝備制造領域，具體地說是一種電子束物理氣相沉積技術制備熱障涂層的控制系統與工藝方法，適用于對航空發動機葉片等具有復雜型面熱端部件的熱障涂層制備。

背景技術

航空發動機作為飛機的心臟，航空發動機普遍表現在發動機壽命較短。影響發動機壽命的因素有很多，主要包括：排氣溫度過高、低循環疲勞導致壽命限制部件損壞、以及發動機加速緩慢等。葉片作為航空發動機的關鍵部件，在復雜的循環熱載荷和機械載荷下會表現出的疲勞失效現象，將嚴重影響發動機的壽命。熱障涂層技術的應用，能夠避免葉片等航空發動機熱端關鍵部件與高溫燃氣直接接觸，為發動機熱端部件提供有效保護，延長發動機的工作壽命。由于其優良性能，熱障涂層在航空發動機技術發展中獲得了廣泛應用。其中，涂層的制備方法和工藝研究更是國內外航空發動機技術關注的焦點。電子束物理氣相沉積(EB-PVD)技術作為熱障涂層常用的制備技術，歷來備受關注。但由于航空發動機葉片是一類典型的自由曲面零件，具有形狀復雜、尺寸跨度大等特點，在使用通常EB-PVD技術制備熱障涂層時，存在明顯的“陰影”效應。本發明提出一種新的電子束物理氣相沉積涂層工藝方法，能有效降低由型面復雜而帶來的“陰影”效應影響，在實際生產過程中應用驗證，有效提高了熱障涂層質量。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種電子束物理氣相沉積技術制備熱障涂層的控制系統與工藝方法。

本發明的技術方案為：物理氣相沉積制備葉片熱障涂層的控制系統，包括順序連接的工藝控制系統、高壓電子束發生器、高壓電子束，以及與工藝控制系統順序連接的工藝動作控制器、工藝動作執行機構，還包括與高壓電子束所作用的涂層靶材，用于在基體工件上生成涂層；所述工藝控制系統還連有工件軸控制裝置，所述工件軸控制裝置與基體工件連接，用于控制基體工件的旋轉。

所述工件軸控制裝置包括順序連接的工件軸運動控制系統、工件軸運動控制器和工件軸運動執行機構；所述工件軸運動控制系統與工藝控制系統連接，所述工件軸運動執行機構與基體工件連接。

所述工件軸運動執行機構包括電機驅動器和電機；電機驅動器與工件軸運動控制器連接，電機通過聯軸器與基體工件的夾具連接。

所述工件軸運動控制系統采用工控機。

物理氣相沉積制備葉片熱障涂層的工藝方法，包括以下步驟：

工藝控制系統通過工藝動作控制器控制工藝動作執行機構，使基體工件位于加工位置，如預處理室或涂層制備真空室；

在涂層制備過程中，工藝控制系統控制高壓電子束發生器激發生成電子束轟擊靶材，同時工件軸控制裝置的工件軸運動控制系統控制基體工件旋轉；

電子束轟擊靶材時汽化靶材材料，汽化的靶材粒子在基體工件的表面內凝固，得到設定區域內的基體工件熱障涂層。

所述工件軸控制裝置的工件軸運動控制系統控制基體工件旋轉包括以下步驟：1)工件軸運動控制系統控制工件軸運動控制系統進行回零操作；

2)然后通過工件軸運動控制系統選擇連續運動還是往復運動；如果是連續運動，則設定電機正轉或反轉；如果是往復運動，則控制電機到達設定的起止點；

3)選擇是否分段調速；如果是，則設定分段信息并控制電機旋轉；否則清空分段信息，設定電機轉速并控制電機旋轉。