涡轮叶片涂层夹具装置及电子束物理气相沉积系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮叶片涂层夹具装置及电子束物理气相沉积系统。
【背景技术】
[0002]随着航空发动机技术的发展，发动机的效率在逐步提高，最直接的影响就是涡轮进口温度随之不断升高，这就要求涡轮叶片要承受越来越高的温度。目前，仅靠叶片的冷却结构设计以及叶片材料本身的耐温能力已经很难满足涡轮进口温度要求，必须利用热障涂层技术，即采用耐高温、高隔热、抗腐蚀的陶瓷材料涂覆在基体合金表面，以提高基体合金的耐高温、抗氧化及抗腐蚀能力，并降低合金表面工作温度，才可最终大幅延长叶片的使用寿命O
[0003]热障涂层的制备工艺主要有等离子喷涂和电子束物理气相沉积(EB-PVD)。其中，EB-PVD技术是利用高能电子束轰击并蒸发被沉积材料，蒸发出来的原子或分子以近直线的方向运动到沉积材料垂直上方旋转的基体上，并通过形核、结晶和长大形成涂层。EB-PVD的工艺特点是其涂层具有柱状晶结构，结合性能好，抗热冲击性能强，具有较长的服役寿命，因此多用于涡轮叶片热障涂层。
[0004]涡轮叶片的热障涂层沉积一般采用叶片绕水平轴旋转的方式进行热障涂层沉积，保证涂层在叶片叶背和叶盆位置上沉积的可达性和均匀性。但是，EB-PVD技术具有直线光照效应，对于涡轮叶片在沉积热障涂层过程中，普遍存在的问题是:当叶片沿水平轴旋转时，垂直于蒸气束流方向的叶身表面的涂层厚度和结合强度均能得到很好的满足，而平行于蒸气束流方向的缘板表面的涂层厚度均匀性和结合强度将无法保证，这极大影响了叶片涂层的整体性能。
[0005]在中国专利CN201280590Y中，被沉积叶片与水平主动轴方向发生一定的倾斜，同时不影响旋转，保证蒸气束流方向与缘板表面成一定角度，在一定程度上改善了 EB-PVD技术直线光照效应，提高了缘板涂层的结合强度。但受制于卡具的倾斜角度，导致叶身与缘板涂层厚度并不均匀一致，且蒸气束流方向与缘板所成的角度并不是最佳角度，缘板涂层结合强度仍较弱，实非最佳的设计，需要进一步解决由EB-PVD工艺直线光照效应所带来的叶身和缘板厚度均匀性问题以及缘板结合强度较弱的问题。
【实用新型内容】
[0006]为克服以上技术缺陷，本实用新型解决的技术问题是提供一种涡轮叶片涂层夹具装置及电子束物理气相沉积系统，能够改善叶片涂层厚度的均匀性和局部区域的结合强度。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种涡轮叶片涂层夹具装置，用于夹持由电子束物理气相沉积系统进行涂层的叶片，涡轮叶片涂层夹具装置包括:固定基座、第一摆动臂、第一旋转机构、第一摆动机构以及叶片夹具，叶片夹具通过第一摆动机构可摆动地设置在第一旋转机构上，第一摆动机构通过第一旋转机构可旋转地设置在第一摆动臂上，第一摆动臂与固定基座至少形成可摆动的连接。
[0008]进一步地，涡轮叶片涂层夹具装置还包括第二摆动机构和第二摆动臂，第一摆动臂通过第二摆动机构可摆动地设置在第二摆动臂上，第二摆动臂与固定基座至少形成可摆动的连接。
[0009]进一步地，涡轮叶片涂层夹具装置还包括第三摆动机构、转动基体以及第二旋转机构，第二摆动臂通过第三摆动机构可摆动地设置在转动基体上，转动基体通过第二旋转机构可旋转地设置在固定基座上。
[0010]进一步地，涡轮叶片涂层夹具装置还包括用于控制叶片的控制系统，控制系统包括单元伺服控制器和协调交换机，单元伺服控制器用于控制第一摆动机构、第二摆动机构、第三摆动机构、第一旋转机构以及第二旋转机构，协调交换机用于协调单元伺服控制器的控制。
[0011]本实用新型还提供了一种电子束物理气相沉积系统，其包括沉积炉，沉积炉具有真空腔室，该电子束物理气相沉积系统还包括上述的涡轮叶片涂层夹具装置，涡轮叶片涂层夹具装置无缝嵌入真空腔室。
[0012]进一步地，电子束物理气相沉积系统还包括可伸缩的密封垫和法兰，沉积炉具有窗口，密封垫密封窗口，法兰设置在密封垫上，第一摆动臂通过套接在法兰内以使得涡轮叶片涂层夹具装置无缝嵌入真空腔室。
[0013]进一步地，密封垫为褶皱形状。
[0014]优选地，密封垫由橡胶或铝镁合金制成。
[0015]进一步地，电子束物理气相沉积系统还包括包裹在第一摆动机构和叶片夹具上的遮蔽保护装置，遮蔽保护装置能够防止第一摆动机构和叶片夹具在叶片沉积过程中受到沉积物的污染。
[0016]优选地，遮蔽保护装置为耐高温遮蔽胶带或机械手遮蔽布。
[0017]由此，基于上述技术方案，本实用新型提供了一种涡轮叶片涂层夹具装置，该涡轮叶片涂层夹具装置通过由第一旋转机构、第一摆动机构以及第一摆动臂组成的多自由度运动机构对叶片夹具进行安装，增加了叶片夹具夹持的叶片在电子束物理气相沉积系统的沉积炉中的运动自由度，提高了蒸气束流在整个叶片区域的可达性和均匀性，保证叶片的叶身与缘板部位涂层厚度的均匀性和结合性能，达到了消除电子束物理气相沉积工艺直线光照效应的目的，显著改善了叶片涂层厚度的均匀性和局部区域的结合强度。本实用新型提供的电子束物理气相沉积系统相应地也具有上述有益效果。
【附图说明】
[0018]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0019]图1为本实用新型涡轮叶片涂层夹具装置一实施例的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型涡轮叶片涂层夹具装置安装在沉积炉中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0022]本实用新型的【具体实施方式】是为了便于对本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所述的本实用新型的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]考虑到通过现有的叶片涂层夹具装置对叶片进行夹持不能保证叶身与缘板涂层厚度均匀一致，且蒸气束流方向与缘板所成的角度不是最佳角度，缘板涂层结合强度仍较弱，本实用新型设计了一种涡轮叶片涂层夹具装置，该涡轮叶片涂层夹具装置通过由第一旋转机构、第一摆动机构以及第一摆动臂组成的多自由度运动机构对叶片夹具进行安装，增加了叶片夹具夹持的叶片在电子束物理气相沉积系统的沉积炉中的运动自由度，提高了蒸气束流在整个叶片区域的可达性和均匀性，保证叶片的叶身与缘板部位涂层厚度的均匀性和结合性能，达到了消除电子束物理气相沉积工艺直线光照效应的目的，显著改善了叶片涂层厚度的均匀性和局部区域的结合强度。
[0024]在本实用新型一个示意性的实施例中，结合图1?图2所示，涡轮叶片涂层夹具装置用于夹持由电子束物理气相沉积系统进行涂层的叶片14，涡轮叶片涂层夹具装置包括:固定基座1、第一摆动臂7、第一旋转机构8、第一摆动机构9以及叶片夹具10，叶片夹具10通过第一摆动机构9可摆动地设置在第一旋转机构8上，第一摆动机构9通过第一旋转机构8可旋转地设置在第一摆动臂7上，第一摆动臂7与固定基座I至少形成可摆动的连接。
[0025]在该示意性的实施例中，固定基座I用于对叶片14的运动提供支撑基础，叶片夹具10用于对叶片14进行夹持，通过第一摆动机构9设置在第一旋转机构8上的叶片夹具10能够相对第一旋转机构8摆动，即叶片夹具10围绕设置在第一旋转机构8上的安装点做摆动式的转动；而通过第一旋转机构8设置在第一摆动臂7上的第一摆动机构9又能够相对于第一摆动臂7旋转，即第一摆动机构9围绕第一摆动臂7的轴线做旋转式的转动；第一摆动臂7又与固定基座I至少形成可摆动的连接，第一摆动臂7能够至少相对于固定基座I摆动，即第一摆动臂7至少围绕设置在固定基座I上的安装点做摆动式的转动。由第一旋转机构8、第一摆动机构9以及第一摆动臂7组成的多自由度运动机构对叶片夹具10进行安装，增加了叶片夹具10夹持的叶片14在电子束物理气相沉积系统的沉积炉15中的运动自由度，叶片14可以在沉积炉15摆动或旋转，而且第一摆动臂7在沉积炉15中摆动又可以便于调整叶片14在沉积炉15中的位置，本实施例的涡轮叶片涂层夹具装置能够使得叶片14能够多自由度运动，叶片14的摆动和旋转以及第一摆动臂7的摆动整体上增加了叶片14与蒸气束流的接触面积，提高了蒸气束流在整个叶片区域的可达性和均匀性，保证叶片14的叶身与缘板部位涂层厚度的均匀性和结合性能，达到了消除电子束物理气相沉积工艺直线光照效应的目的，显著改善了叶片涂层厚度的均匀性和局部区域的结合强度。
[0026]其中，第一摆动臂7与固定基座I至少形成可摆动的连接可以通过以下实现方式实现:
[0027]在本实用新型涡轮叶片涂层夹具装置一个优选的实施例中，如图1所示，涡轮叶片涂层夹具装置还包括第二摆动机构6和第二摆动臂5，第一摆动臂7通过第二摆动机构6可摆动地设置在第二摆动臂5上，第二摆动臂5与固定基座I至少形成可摆动的连接。通过第二摆动机构6设置在第二摆动臂5上的第一摆动臂7能够相对于第二摆动臂5摆动，即第一摆动臂7围绕设置在第二摆动臂5上的安装点做摆动式的转动；而第二摆动臂5与固定基座I至少形成可摆动的连接，第二摆动臂5能够至少相对于固定基座I摆动，即第二摆动臂7至少围绕设置在固定基座I上的安装点做摆动式的转动。第二摆动机构6和第二摆动臂5使得第一摆动臂7能够伸入或退出沉积炉15，进一步地便于调整叶片14在沉积炉15内的位置或便于更换需要涂层的叶片。其中，第二摆动臂5与固定基座I至少形成可摆动的连接可以通过直接将第二摆动臂5通过摆动机构设置在固定基座I上，也可以通过设置其他运动机构间接将第二摆动臂5设置在固定基座I上。
[0028]在本实用新型涡轮叶片涂层夹具装置另一个优选的实施例中，如图1所示，涡轮叶片涂层夹具装置还包括第三摆动机构4、转动基体3以及第二旋转机构2，第二摆动臂5通过第三摆动机构4可摆动地设置在转动基体3上，转动基体3通过第二旋转机构2可旋转地设置在固定基座I上。通过第三摆动机构4设置在转动基体3上的第二摆动臂