專利名稱：用于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的離子鍍TiAlN涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面涂覆技術(shù)，適用于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的涂層。
海軍航空兵飛機(jī)常年在海洋環(huán)境里工作、在海面上飛行或在艦艇上停放，由于海洋氣氛潮濕和含鹽量比較高，水分子凝結(jié)和活性Cl-離子對(duì)飛機(jī)材料造成腐蝕是不可避免的，飛機(jī)在停放和飛行中還受到動(dòng)靜載荷的作用，在腐蝕和力學(xué)因素的交互作用下，飛機(jī)構(gòu)件的使用壽命大幅度降低，對(duì)安全飛行造成極大的威脅，因而通過有效的防護(hù)手段提高飛機(jī)構(gòu)件的使用壽命便成為航空工業(yè)發(fā)展中極為引人注意的研究方向。
相對(duì)上面提到的在潮濕和含鹽量較高的海洋性氣氛里工作的構(gòu)件來講，海軍航空兵飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣壓氣機(jī)葉片的工作環(huán)境更為惡劣，壓氣機(jī)葉片的材料許多采用的是1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼，而壓氣機(jī)的后級(jí)葉片的工作溫度大約在300～600℃之間，在通常干燥大氣中，這種不銹鋼具有較好的防腐蝕性能，這是因?yàn)樵谳^高的溫度下1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼的表面形成了一層致密的Cr2O3氧化層，阻止了材料的進(jìn)一步氧化，但對(duì)于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)，不但工作溫度高，還受水蒸氣、活性Cl-離子腐蝕以及動(dòng)靜載荷等力學(xué)因素的綜合作用，在水蒸氣和鹽的綜合作用對(duì)氧化膜有極強(qiáng)的破壞作用，致使壓氣葉片在短時(shí)間內(nèi)快速腐蝕和氧化，造成壓氣機(jī)葉片無法正常工作，給飛行安全帶來極大影響。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的表面改性工藝很多，但海洋氣氛中航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)后級(jí)葉片的防護(hù)問題一直沒有解決，離子鍍TiN涂層由于具有高的硬度，具有較好的耐磨性和沖蝕性能，主要應(yīng)用于刀具、模具的硬質(zhì)渡層。由于針孔，空洞等缺陷的存在，其耐蝕性較差。要作為海洋氣氛中的防護(hù)涂層，解決針孔等問題是其關(guān)鍵。
本發(fā)明的目的提供一種用于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的離子鍍TiAlN涂層，利用成分調(diào)制和工藝參數(shù)的控制，在不需要對(duì)設(shè)備改造的前提下，解決了阻礙離子鍍TiN涂層應(yīng)用于防腐領(lǐng)域的針孔、空洞等問題，創(chuàng)造性的將硬質(zhì)涂層應(yīng)用于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的防護(hù)涂層。
本發(fā)明離子鍍TiAlN涂層工藝方法如下利用IPB30/30T型空心陰極離子鍍膜機(jī)，根據(jù)鍍料中鈦、鋁熔點(diǎn)和蒸氣壓的不同及反應(yīng)活性的差異，控制沉積參數(shù)，形成Al-(Ti，Al)N-TiN無界面梯度涂層，鍍料為含Al 20％～50％(原子百分比)的TiAl合金，沉積過程中基體溫度為400～480℃，調(diào)整電子槍束流在180～220A，基體偏壓為-100～-150V，真空度＜0.01Pa，在工件表面沉積TiAl合金底層，鍍膜時(shí)間為1-2min，引入N2，真空度為0.15～0.4Pa，在鍍膜前期，電子槍束流為280～320A，偏壓為-20～-30V，沉積時(shí)間為10～20min；鍍膜后期電子槍束流增加到400～450A，偏壓調(diào)節(jié)到-50～-60V，繼續(xù)沉積60～80min，涂層厚度為6～8μm，這種涂層內(nèi)層富Al，外層為B1NaCl結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)(Ti，Al)N和TiN，由于適量Al的加入有效增強(qiáng)了膜/基界面的結(jié)合，減少了TiN中針孔的數(shù)量和直徑，消除了薄膜內(nèi)部的空洞等缺陷，改善了薄膜的致密性，以這種方法沉積的薄膜，具有較高的膜基結(jié)合力、高的硬度和抗磨損性能及良好的抗腐蝕性能和抗粒子沖蝕能力，適宜于作為刀具、模具及海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的防護(hù)涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)利用成分調(diào)制和工藝參數(shù)的控制，在不需要對(duì)設(shè)備改造的前提下，解決了阻礙離子鍍TiN涂層應(yīng)用于防腐領(lǐng)域的針孔、空洞等問題，在600℃，NaCl、水蒸氣和空氣的綜合作用下腐蝕10h，基體壓氣機(jī)葉片材料(1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼)氧化增重4mg/cm2，沉積了TiAlN復(fù)合涂層涂層的樣品表面平整，無明顯腐蝕現(xiàn)象。
下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片，經(jīng)過表面打磨、去污、丙酮超聲清洗及酒精漂洗，裝入沉積腔中，鍍膜過程中鍍件在真空室內(nèi)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，坩堝中鍍料為含Al 30％(原子百分比)的TiAl合金，沉積過程中工件溫度為450℃。引入N2前，工件表面沉積TiAl合金底層，電子槍束流為200A，基體偏壓為-100V，真空度＜0.01Pa，鍍膜時(shí)間為1min。引入N2，真空度為0.2Pa，在鍍膜前期，電子槍束流為300A，偏壓為-20V，沉積時(shí)間為15min；鍍膜后期電子槍束流增加到400A，偏壓調(diào)節(jié)到-50V，繼續(xù)沉積80min。涂層厚度為6～8μm。
權(quán)利要求
1.一種用于海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的離子鍍TiAlN涂層，其特征在于離子鍍TiAlN涂層工藝方法如下利用IPB30/30T型空心陰極離子鍍膜機(jī)，根據(jù)鍍料中鈦、鋁熔點(diǎn)和蒸氣壓的不同及反應(yīng)活性的差異，控制沉積參數(shù)，形成Al-(Ti，Al)N-TiN無界面梯度涂層，鍍料為含Al 20％～50％(原子百分比)的TiAl合金，沉積過程中基體溫度為400～480℃，調(diào)整電子槍束流在180～220A，基體偏壓為-100～-150V，真空度＜0.01Pa，在工件表面沉積TiAl合金底層，鍍膜時(shí)間為1-2min，引入N2，真空度為0.15～0.4Pa，在鍍膜前期，電子槍束流為280～320A，偏壓為-20～-30V，沉積時(shí)間為10～20min；鍍膜后期電子槍束流增加到400～450A，偏壓調(diào)節(jié)到-50～-60V，繼續(xù)沉積60～80min，涂層厚度為6～8μm，這種涂層內(nèi)層富Al，外層為B1NaCl結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)(Ti，Al)N和TiN，由于適量Al的加入有效增強(qiáng)了膜/基界面的結(jié)合，減少了TiN中針孔的數(shù)量和直徑，消除了薄膜內(nèi)部的空洞等缺陷，改善了薄膜的致密性，以這種方法沉積的薄膜，具有較高的膜基結(jié)合力、高的硬度和抗磨損性能及良好的抗腐蝕性能和抗粒子沖蝕能力，適宜于作為刀具、模具及海軍航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的防護(hù)涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬表面涂覆技術(shù),具體是利用鍍膜機(jī),利用成分調(diào)制和工藝參數(shù)的控制方法,利用鍍料鈦、鋁熔點(diǎn)和蒸氣的不同,及反應(yīng)活性的差異控制沉積參數(shù)形成Al－(Ai、Al)－TiN無界面梯度涂層。優(yōu)點(diǎn):利用成分調(diào)制和工藝參數(shù)的控制,在不需要對(duì)設(shè)備改造的前提下,解決了阻礙離子鍍TiN涂層應(yīng)用于防腐領(lǐng)域的針孔、空洞等問題。
文檔編號(hào)C23C14/30GK1361308SQ0013604
公開日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者王福會(huì), 李明升, 徐家寅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所