一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110791734A(43)申请公布日2020.02.14(21)申请号201911196301.5C23C14/16(2006.01)(22)申请日2019.11.29C23C14/08(2006.01)C23C14/58(2006.01)(71)申请人中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司地址110043辽宁省沈阳市大东区东塔街6号(72)发明人程玉贤张艺馨公旭国郑渠英王璐(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人张志伟(51)Int.Cl.C23C14/32(2006.01)C23C14/30(2006.01)C23C14/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法(57)摘要本发明属于航空发动机涡轮叶片防护涂层技术，特别是涉及一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法。采用具有单个弧源、弧源在真空电弧镀设备的炉体中心的真空电弧镀工艺制备MCrAlY底层。YSZ陶瓷面层采用EB-PVD工艺制备，通过高温合金丝穿过叶片端部两个冷却通道将叶冠保护夹具盒固定。通过夹具利用叶片的自重实现叶片的自转从而保证叶片涂层厚度的均匀性。将一个叶片固定作为工艺件，其内腔内插入三个热电偶实时测量叶片3个不同位置的温度，为了检测叶片涂层厚度和涂层结合强度，在叶片工艺件表面固定三个随炉弯曲试样。该方法应用于低压涡轮工作叶片热障涂层的制备，提升涂层质量的一致性和稳定性，有效提高叶片的服役寿命和可靠性。CN110791734ACN110791734A权利要求书1/1页1.一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将湿吹砂后的涡轮工作叶片装入真空电弧镀夹具，叶片非涂覆区域通过夹具盒进行保护；同时，夹具上携带随炉弯曲试样用于评价涂层结合强度和厚度；涂覆前对叶片表面进行离子清洗，清洗后进行MCrAlY底层的真空电弧镀，真空电弧镀的工艺参数为：电弧电流700～750A，负偏压为-20～-40V，涂覆时间为80～120min；采用具有单个弧源、弧源在真空电弧镀设备的炉体中心的真空电弧镀工艺制备MCrAlY底层，竖向设置的叶片在弧源靶材的正前方公转和自转；(2)将涂覆完MCrAlY底层的涡轮工作叶片进行真空热处理后，进行湿吹砂处理，并进行超声波清洗、丙酮溶液浸洗、烘干；湿吹砂工艺参数为：白刚玉砂粒度为150～200目，白刚玉砂含量15～25wt％，风压0.1～0.2MPa，吹砂距离为150～200mm；(3)将上述叶片装入电子束物理气相沉积设备，并携带随炉弯曲试样；打开机械泵和罗茨泵，进行抽真空，待主真空室、装载室真空度分别为(4～6)×10-2Pa、0.5～2Pa时开启主真空室、装载室之间的闸板阀，通入Ar气，对叶片表面进行离子轰击清洗5～15min；(4)将离子轰击清洗后叶片及夹具移到主真空室，进行YSZ陶瓷面层沉积；沉积YSZ面层工艺参数为：主真空室压强为(3～5)×10-2Pa，电子枪电压为15～20KV，YSZ靶材加热电流为1～2A，叶片转速为10～20r/min，叶片加热温度为850℃～950℃；叶片水平设置，并沿转盘均匀排布，采用夹具利用叶片的自重实现叶片的自转，同时每组叶片通过转盘带动下公转，保证叶片涂层厚度的均匀性；(5)将沉积完YSZ陶瓷面层叶片进行称重处理。2.按照权利要求1所述的涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，步骤(1)中，获得厚度为20～40μm的MCrAlY底层。3.按照权利要求1所述的涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，步骤(2)中，真空热处理工艺参数为：装炉温度为150℃以下，在2.5～3小时内升温至1050±10℃，在该温度下保持2～4小时后充氩气0.2～0.4MPa冷至80℃以下出炉。4.按照权利要求1所述的涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，步骤(4)中，获得厚度为80～120μm的YSZ面层。5.按照权利要求1所述的涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，步骤(4)中，一个叶片固定作为工艺件，其内腔内插入三个热电偶实时测量叶片3个不同位置的温度；为了检测叶片涂层厚度和涂层结合强度，在叶片工艺件表面固定三个随炉弯曲试样。6.按照权利要求1所述的涡轮工作叶片热障涂层制备方法，其特征在于，通过高温合金丝穿过叶片端部两个冷却通道将叶冠保护夹具盒固定。2CN110791734A说明书1/4页一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法技术领域[0001]本发明属于航空发动机涡轮叶片防护涂层技术，特别是涉及一种涡轮工作叶片热障涂层制备方法。背景技术[0002]航空发动机涡轮叶片长期经受高温燃气的冲击和侵蚀，服役环境恶劣，其表面无一例外的