专利名称：一种真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种高温防护方法，特别是涉及一种真空电弧镀技术制备Al-Si-Y高 温防护涂层的方法，属于真空镀膜技术领域。
背景技术：
航空发动机涡轮叶片工作条件十分恶劣，不仅受到高温、高速燃气流和粉尘的冲 刷，还要承受巨大的离心力、微动磨损、热应力和震动载荷等。实践证明，燃气对叶片产生的 高温氧化和热腐蚀是引起叶片损伤的主要破坏形式之一。为提高涡轮叶片的寿命，增强抗 高温氧化及抗热腐蚀的能力，需要在涡轮叶片表面涂覆一层防护涂层，使叶片本体免于受 到燃气侵蚀。高温防护涂层不但能有效提高基材合金抗氧化、抗腐蚀性能，而且生产成本较 低，易于实现，因此广泛用于新型航空发动机的热端部件。制备高温防护涂层可以采用多种方法，如渗涂法、电沉积法、蒸气沉积法、包镀法 等。真空电弧镀技术是蒸气沉积法中的物理气相沉积法，由于具有涂层成分容易控制和调 整，组织致密，以及涂层附着力好，无环境污染等优点而成为涂层制作方法中的佼佼者。因此，研究开发出合适的高温防护涂层制备工艺是近年来航空发动机涡轮叶片上 镀制高温防护涂层研究的热点之一。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述技术问题，通过研究改进，提供了一 种真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法。本发明采用真空电弧镀沉积涂层，即在 真空电场作用下，将阴极合金涂层材料，转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速 运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；再进行真空退火。该方法制备的涂 层均勻致密，涂层成分及厚度可控制，在高温下具有良好的抗热循环能力、抗热盐腐蚀能力 和抗冲刷磨损的能力。本发明给出的这种真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其特点是有下 列步骤(1)基材预处理将基材经砂纸打磨后，分别在丙酮及无水乙醇中超声波清洗，吹 干后备用。(2)靶材制备将成分为硅4. 5-5. 5%、钇1. 0_2. 0%、铝余量的合金制成阴极靶 材；(3)将待镀工件置于阴极与阳极之间。(4)离子清理参数如下真空度P< 5. 32 X ICT2Pa电弧电流400-600A工作电压200-300V清理时间2_6min。
(5)在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝代 镀工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为 真空度P< 5. 32 X ICT2Pa电弧电流400-600A电弧电压30-50V沉积时间l_3h。(6)将沉积后工件真空退火，参数为
真空度:P < 1. 33X ICT1Pa温度1000-1100°C时间 3_5h。为更好的实现本发明的目的，涂层沉积前对工件表面进行离子清理，即在高能电 场作用下，工件表面受到离子轰击，基体材料被带走，发生离子净化和表面活化过程。为更好的实现本发明的目的，镀覆后应对叶片进行真空扩散热处理，以消除涂层 的应力，提高附着强度，同时扩散处理会使涂层成分发生迁移，使涂层成分均勻。为更好的实现本发明的目的，渗层深度为0. 02 0. 04_。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、采用真空电弧镀技术在金属表面沉积的Al-Si-Y涂层能有效保护基材合金，满 足了航空发动机涡轮叶片的高温防护需要。2、涂层对叶片基体合金的机械性能无影响，能够确保叶片安全可靠工作的目的。3、涂层光洁度好，可在最终成品件上制备涂层。4、涂层再现性好，涂层厚度均勻。5、真空电弧镀沉积Al-Si-Y涂层技术可以广泛应用于需要高温防腐的各种零部 件上。6、能够保证批生产条件下，制备高质量产品。
具体实施例方式工艺流程除油一冲洗一射流磨料加工一超声波洗涤一干燥一称重一装夹一抽 真空一离子清洗一涂镀一真空状态下冷却一拆卸夹具一增重测量一外观检查一真空退火 (扩散)一着色或荧光探伤一交付使用。实施例1基材K452合金，渗层厚度0. 035mm。具体步骤如下(1)基材预处理将基材经800#砂纸打磨后，分别在丙酮及无水乙醇中超声波清 洗lOmin，吹干后备用。(2)靶材制备将成分为硅4. 5%、钇1. 1%、铝余量的合金制成阴极靶材；(3)将待镀工件置于阴极与阳极之间。(4)离子清理参数如下真空度Ρ< 5. 32 X ICT2Pa电弧电流450A
工作电压200V清理时间6min。 (5)在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝待 镀工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为真空度Ρ< 5. 32 X ICT2Pa电弧电流500A电弧电压45V沉积时间2h。(6)将沉积后工件真空退火，参数为真空度P< 1. 33 X ICT1Pa温度1100°C时间4h。用途用于1100°C以下的高温抗氧化腐蚀。
权利要求
1. 一种真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其特征在于有下列步骤 (1)基材预处理将基材经砂纸打磨后，分别在丙酮及无水乙醇中超声波清洗，吹干后(2)靶材制备将成分为硅4.5-5. 5%、钇1. 0-2. 0%、铝余量的合金制成阴极靶材；(3)将待镀工件置于阴极与阳极之间；(4)离子清理参数如下 真空度:P < 5. 32 X KT2Pa 电弧电流400-600A工作电压200-300V 清理时间2-6min。(5)在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝代镀工 件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为真空度:P < 5. 32 X KT2Pa 电弧电流400-600A 电弧电压30-50V 沉积时间l_3h。(6)将沉积后工件真空退火，参数为 真空度:P < 1. 33 X KT1Pa温度1000-1100°C 时间3-证。
2.按照权利要求1所述的真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其特征在于 涂层沉积前对工件表面进行离子清理。
3.按照权利要求1所述的真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其特征在于 镀覆后对叶片进行真空扩散热处理。
4.按照权利要求1所述的真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其特征在于 渗层深度为0. 02 0. 04mm。
全文摘要
一种真空电弧镀制备Al-Si-Y高温防护涂层的方法，其制备步骤为基材预处理；靶材制备；将待镀工件置于阴极与阳极之间；离子清理；在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝代镀工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层；将沉积后工件真空退火。本发明采用真空电弧镀沉积涂层，即在真空电场作用下，将阴极合金涂层材料，转化为等离子束流，朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后产生表面凝聚，形成涂层，再进行真空退火。制备的涂层均匀致密，涂层成分及厚度可控制，在高温下具有良好的抗热循环能力、抗热盐腐蚀能力和抗冲刷磨损的能力。
文档编号C23C14/32GK102094171SQ20091022078
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者杨升山, 胡金玲, 高淑春 申请人:沈阳天贺新材料开发有限公司