[發明專利]一種基于鎳基靶材的真空離子鍍涂鍍工藝

在審

• 申請號: 201911151703.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110965028A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 呂晶晶;閆磊;魏明霞
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/16;C22C19/05;B22C1/00;B22D25/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種基于鎳基靶材的真空離子鍍涂鍍工藝，屬于真空離子鍍涂鍍技術制備涂層技術領域，包括以下步驟：步驟1，鎳基陰極靶材的制備：母合金熔煉、型殼模具工藝、鑄造工藝、機械加工；步驟2，鎳基陰極靶材的離子鍍工藝；步驟2.1，來件檢查；步驟2.2，光整處理；步驟2.3，濕吹砂；步驟2.4，強水流沖洗；步驟2.5，超聲波清洗；步驟2.6，丙酮浸洗；步驟2.7，烘干基體零件；步驟2.8，清洗后檢查；步驟2.9，涂鍍前準備；步驟2.10，涂鍍涂層；步驟2.11，擴散處理；步驟2.12，涂層質量檢驗。本發明基于鎳基陰極靶材的真空離子鍍涂鍍工藝，提高了葉片表面的高溫抗氧化、抗腐蝕性能，從而延長葉片的使用性能。

技術領域

本發明屬于真空離子鍍涂鍍技術制備涂層技術領域，具體涉及一種基于鎳基靶材的真空離子鍍涂鍍工藝。

背景技術

目前，國外在定向凝固及單晶渦輪葉片上已廣泛使用了MCrAlX(M：Ni、Co或NiCo，X：Y、Hf、Ta、Re等)包裹型涂層，該類涂層的特點是將耐循環氧化和耐高溫腐蝕的合金作為涂層，包裹在葉片合金基體上，可以克服一般鋁化物涂層的缺陷，兼顧了抗氧化、抗腐蝕，并根據使用要求調整涂層成分。據資料介紹，該類涂層1100℃條件上其保護壽命比鋁化物涂層高3-4倍。鎳基陰極靶材作為揮發陰極材料，通過采用真空離子鍍工藝方法，用于涂敷高壓渦輪工作葉片表面涂層的制備，在現有真空離子鍍涂鍍中尚屬空白，因此本發明提出一種基于鎳基靶材的真空離子鍍涂鍍工藝。

發明內容

本發明鎳基陰極靶材作為揮發陰極材料，采用真空離子鍍工藝方法制備出滿足熱端部件表面高溫抗氧化、抗腐蝕性能涂層的需要，延長熱端部件的使用壽命，滿足高性能發動機的使用需求。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于鎳基靶材的真空離子鍍涂鍍工藝，包括以下步驟：

步驟1，鎳基陰極靶材的制備

步驟1.1，鎳基陰極靶材化學成分包括Ni-Cr-Al-Y-Si元素，其中Ni的質量百分比為61.4％-76.45％，Cr的質量百分比為16％-21％，Al的質量百分比為7％-16％，Y的質量百分比為0.15％-1.1％，Si的質量百分比為0.4％-1.5％；對真空冶煉設備的熔煉室進行脫氧處理，然后將Ni、Cr、Al、Y及Si按著質量百分比稱好質量放入真空熔煉設備進行熔煉；

步驟1.2，型殼模具的改進：合金中含有較高的Al和Y，這些元素具有較強的化學活性，易與陶瓷型殼材料發生反應，導致在鑄件表面形成缺陷，因此型殼材料選用高Al203材料，提高型殼的化學穩定性；由于合金主要由金屬間化合物組成，具有明顯的脆性，在鑄造應力作用下，易于形成裂紋，甚至斷裂，因此減小鑄造應力是型殼工藝的關鍵問題，從型殼容讓性試驗發現，Al203-Si02系耐火材料比高Al203材料具有更好的容讓性，將其應用于型殼的背層，即形成高Al203面層、Al203-Si02系耐火材料背層的復合陶瓷型殼，該復合型殼的應用，不僅滿足了凝固過程中化學穩定性和容讓性的需要，而且極大地改善了型殼的工藝性；

步驟1.3，鎳基陰極靶材的鑄造過程中，首先確定鎳基陰極靶材的外表面為少余量鑄造的表面，在一定程度上增加精鑄過程中技術難度，但對降低加工難度、減小機械加工量，尤其是保持零件表面致密鑄造組織，及對改善鎳基陰極靶材應用性十分有利；采用模數法結合經驗法設計鑄造澆鑄系統，保證凝固過程的順序性和良好的補縮；澆鑄系統采用頂鑄式鑄口，頂鑄式鑄口充型良好，而且有利于減小熱應力，符合凝固順序的要求；

冒口的設計采用重量比經驗法和模數法進行試驗，仍出現內部縮松缺陷，X光探傷結果不能滿足技術要求；逐步增大冒口進行試驗，仍然不能滿足技術要求；進一步研究發現是鑄件結構造成凝固過程熱場的不合理性，導致形成明顯縮松缺陷；通過在鑄造模型周圍填入不同介質材料，形成蓄熱和導熱性質的梯度條件，然后將凝固區移至冒口中，建立了良好的凝固順序，解決了內部縮松缺陷，探傷結果達到技術條件要求；