一种用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种铝化物涂层制程中的设备，尤其涉及一种用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备。
【背景技术】
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[0002]化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit1n，简称CVD)是一种非接触扩散技术。利用CVD技术时，一种确定成分的金属氯化物气体可以预先在炉外(约100?600°C反应温度)制取，然后被导入高温反应炉的腔体(约200?1200°C腔体温度)里，并与工件表面反应形成涂层。因此，利用CVD技术渗铝制备铝化物涂层具有极大地优越性，第一，CVD技术中反应气体被压缩通过工件表面，形成相对均匀的涂层，从而可以有效避免固体粉末包埋渗铝与料浆渗铝方法存在的涂后清洗引起的废水排放、涂层易烧结与渗层不均匀、以及带孔工件堵孔等缺点；第二，CVD技术的气体形成过程与工件和气体反应过程是完全分开的，从而气体化学成分易调整，特别是能够在工件表面共沉积Al、Si以及掺杂Hf、Zr、Y、Ce、La等多个反应元素，形成保护性铝扩散涂层。据报道，多元共渗形成改性的铝化物涂层，可以明显提高单渗铝涂层的抗高温腐蚀性能，包括降低氧化膜生长速度，提高氧化膜粘附性和延长涂层的防护寿命等。目前，航空领域我国各型涡喷发动机80%的涡轮导向器叶片，以及陆用和船用涡轮机、地面发电用燃气轮机的热腐蚀严重的部位如机翼、叶片等部位都采用此类涂层。
[0003]综上所述，有必要提供一种化学气相沉积设备，第一，可以用于制备多元素共沉积或掺杂元素改性的铝化物扩散涂层，如Al-Cr、Al-S1、Al-Pt、Al-Cr-S1、Al-Cr-Ta、Al-Re (Re=稀土元素)等改性铝化物涂层，并且涂层的成分、显微组织结构、厚度等均匀一致；第二，可以用于带孔的复杂几何结构工件内外表面涂层的选择性制备，特别是膜冷涡轮发动机翼形叶片和/或地面发电用燃气轮机透平冷却叶片内冷通道表面涂层的制备。
【实用新型内容】:
[0004]本实用新型的主要目的是提供一种用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，用于航空发动机膜冷涡轮叶片或地面发电用重型燃气轮机透平叶片内冷通道表面铝化物涂层的生产，涂层成分灵活、可控，产品一致性良好，实现叶片内孔道表面涂层全覆盖，同时叶片外表面无有害厚度的涂层生成。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案予以实现:
[0006]—种用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，包括用于形成真空的真空反应室、气体供给控制系统和真空与尾气处理系统；真空反应室的周向及顶端由外至内依次为炉外保温材料层、外炉壳、耐火材料衬里和加热器，真空反应室的底部设置有用于承载工件的升降式底端基座，真空反应室内设置有不锈钢内胆，不锈钢内胆通过底端基座密封至真空反应室内，不锈钢内胆的腔室分为涂层反应室和尾气排放区，底端基座上配置有与所述真空反应室相通的惰性气体进气管道和工艺气体进气管道，惰性气体进气管道的周向设置有若干层支架，每个支架上设置有工件用导气座，每个导气座均通过水平导管与工艺气体进气管道相连通，工件安装在导气座的顶端；
[0007]气体供给控制系统分别设置有第一气体出口、第二气体出口和第三气体出口，第一气体出口与惰性气体进气管道的惰性气体入口相连，第二气体出口和第三气体出口分别与工艺气体进气管道的第一工艺气体入口和第二工艺气体入口相连；
[0008]底端基座上设置有排气管道，排气管道通过水平尾气导管与真空与尾气处理系统中的碱液循环真空栗相连，电动机用于为碱液循环真空栗提供动力，碱液循环真空栗上设置有排气管。
[0009]本实用新型进一步的改进在于:不锈钢内胆的材质选用牌号为lCr25Ni20Si2的不锈钢。
[0010]本实用新型进一步的改进在于:气体供给控制系统包括惰性气体高压储气罐、H2气高压储气罐和HCl气体高压储气罐；其中，惰性气体高压储气罐的第一气体出口通过气体减压阀、体积流量计连接惰性气体进气管道的惰性气体入口 ；H2气高压储气罐和HCl气体高压储气罐分别通过气体减压阀、体积流量计与质量流量控制器连接混合罐，混合罐的出口通过电磁开关分别连接Al金属卤化物生成器入口、Si金属卤化物生成器和其他金属卤化物生成器入口，Al金属卤化物生成器入口、Si金属卤化物生成器和其他金属卤化物生成器的第二气体出口、第三气体出口分别通过体积流量计、质量流量控制器连接工艺气体进气管道的第一工艺气体入口、第二工艺气体入口。
[0011]本实用新型进一步的改进在于:A1金属卤化物生成器内设置有导气装置和Al金属颗粒床，Si金属卤化物生成器内设置有导气装置和Si金属颗粒床，其他金属卤化物生成器设置有导气装置和其他金属颗粒床。
[0012]本实用新型进一步的改进在于:排气管道中心处安装有轴向燃气预热器，用于防止尾气在进入水平尾气导管前发生冷凝。
[0013]本实用新型进一步的改进在于:反应室底座与真空炉体之间通过第一 O形密封圈和第二 O形密封圈密封。
[0014]本实用新型进一步的改进在于:惰性气体进气管道的周向还设置有轴向热辐射屏蔽板，该轴向热福射屏蔽板位于底端基座与最底层支架之间。
[0015]本实用新型进一步的改进在于:真空反应室和底端基座的底部均通过地面支撑座支撑。
[0016]相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点:
[0017]I)本实用新型提供的用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，工艺参数灵活性提高，可控制铝化物涂层成分，如多元素共沉积或掺杂其他元素，如Hf、Zr、Y、Ce、La提高涂层性能，所制备的涂层低表面缺陷密度、扩散均匀，并且在沉积过程中可改变铝的活性。
[0018]2)本实用新型提供的用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，可用于航空发动机膜冷涡轮叶片或地面发电用重型燃气轮机透平叶片内冷通道表面涂层生产，并且涂层厚度均匀、叶片内孔道表面涂层全覆盖，同时保证叶片外表面无有害厚度的涂层生成。
[0019]3)本实用新型提供的用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，无包埋工艺，无须涂后清洗，减少了包埋法铝化工艺中废水的排放。
[0020]4)本实用新型提供的用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，大批量、工业化应用设计，结构简单、运行操作方便，产品一致性良好，满足工业化生产要求。
【附图说明】
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[0021]图1为本实用新型的整体结构示意图。
[0022]图2为气体供给控制系统流程图。
[0023]图中:1.真空反应室；2.耐火材料衬里；3.加热器；4.不锈钢内胆；5a.惰性气体进气管道；5b.工艺气体进气管道；6.水平导管；7.导气座；8.支架；9.轴向热辐射屏蔽板；10.底端基座；11.排气管道；12.轴向燃气预热器；13.第一 O形密封圈、14.第二 O形密封圈；15.气体供给控制系统；16a.惰性气体高压储气罐；16b.H2气高压储气罐；16c.HCl气体高压储气罐；17.气体减压阀；18.体积流量计；19.质量流量控制器；20.混气罐；
21.电磁阀开关.’1#.Al金属卤化物生成器.’2#.Si金属卤化物生成器.’3#.其他金属卤化物生成器；22.导气装置；23.Al金属颗粒床；24.Si金属颗粒床；25.其他金属颗粒床；26.水平尾气导管；27.碱液循环真空栗；28.电动机；29.废气排气管；S1、S2、S3.气体供给控制系统气体出口 ；Sla.惰性气体入口 ；S2a、S3a.工艺气体入口地面支撑座；S.工件。
【具体实施方式】
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[0024]以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0025]参照图1，本实用新型一种用于制备多元素改性铝化物涂层的化学气相沉积设备，包括一个可抽成真空的真空反应室1，其采用升降式双层结构，由传统液压机构或其他机械(图中未显示，不属于本【实用新型内容】)提升，真空炉体由炉膛耐火材料、炉外保温材料层、外炉壳等组成，以保证炉体外表处于较低温度水平；一个气体供给控制系统15，可将各金属卤化物反应气体和其他工作气体一起通入所述真空反应室内；以及一个碱液循环真空栗系统。
[0026]本实用新型的真空反应室I的立式方形炉膛耐火材料衬里2周围均匀分布有加热器3，加热器3与真空反应室I联体安装，为待处理工件S加热，同时可保证炉内加热的均匀性。炉膛内衬不锈钢内胆4，不锈钢内胆呈倒扣杯子形状，下部边缘密封依靠压紧第一 O形密封圈13，由不锈钢内胆4界定的高温反应室依靠炉体自重密封。配置的热电偶(图中未显示)由真空反应室I底部进入并与工件S柔性接触，将实测温度传递给加热及温度控制系统(图中未显示，不属于本【实用新型内容】)，据此改变加热频率，或进行恒温调节。进气管道根据工艺需要分别布置在反应室的中心与周边，且与气体供给控制系统15连通，惰性气体由惰性气体进气管道5a进入反应室内，工艺气体由工艺气体进气管道5b进入反应室内，从而实现气体的定量供给。工件S通过导气座7固定于支架8上，支架8紧固或焊接在反应室惰性气体进气管道5a上。导气座7与工艺气体进气管道5b通过水平导管6相连通，工艺气体依次通过工艺气体进气管道5b、水平导管6、导气座7进入工件S的内部孔道，保护气氩气