[发明专利]一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法

说明书

一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法，该装置包括真空室，电子枪装置和回转体零件；电子枪装置包括枪体外壳，顶盖，环形阴极，锥面阳极，带磁轭外壳和聚焦线圈。本发明通过环形阴极、锥面阳极以及聚焦线圈将装置中产生的电子束在向枪体外壳的开口端运动的过程中逐步进行汇聚，以使电子束形成环形状并打在回转体零件的表面上进行涂层制备，由于电子束为环形状，可以使得电子束中的束斑能量分布均匀，从而使涂层性能更加均匀，且在加工过程中，回转体零件无需转动，只需沿加工装置的轴线方向水平运动即可完成全部外表面涂层制备；由于环形电子束的束斑直径可由聚焦线圈的磁场任意控制，故本发明还可用于加工不同直径的回转体零件。

技术领域

本发明涉及表面涂层制备技术领域，特别是涉及一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法。

背景技术

表面涂层技术是指通过对材料基体表面加涂层来改变表面形貌、化学组成、相组成、微观结构、缺陷状态，达到提高材料抵御环境作用能力或赋予材料表面某种功能特性的工艺技术。电子束表面涂层制备技术是利用电子束作为热源，实现材料表面涂层制备的一种技术，与激光等其他表面涂层制备技术相比具有能量转化利用率高、能量密度大、功率大、效率高等优点，目前常用于航空航天发动机叶片表面热障涂层制备、高速齿轮表面耐磨涂层制备等平面零件的表面涂层制备领域。然而电子束表面涂层制备技术对火箭发动机喷管表面耐高温的硅化物涂层、核燃料包壳锆合金表面涂层等回转体零件表面进行涂层制备存在一定的问题和困难，从而衍生出新的表面涂层制备技术。

目前用于回转体零件电子束表面涂层制备的工艺方法有：

(1).EB-PVD(电子束物理气相沉积)技术，该技术需要多把电子枪同时工作，辅助热源电子枪加热回转体工件，回转体工件在机械夹持下转动，均匀受热，主热源电子枪加热靶材使靶材蒸发并沉积在回转体表面形成涂层，其使用的电子束装置是圆形束斑电子枪。但是该技术缺点是该电子枪是直热式电子枪，阴极寿命低只有几十小时；且由于需要多枪同时工作，设备整体结构复杂；电子枪工作需要高真空环境，抽真空时间长；电子束束斑为圆形，垂直打在回转体表面时能量分布不均匀，对工件表面加热不均匀，影响涂层性能。

(2).强流脉冲电子束(电子炮)技术，该技术预先在回转体工件表面涂覆一层厚度均匀的涂层，然后利用圆形大束斑脉冲电子枪对回转体表面进行轰击，回转体在机械夹持下旋转移动，使涂覆物熔覆在基体表面，形成涂层。但是该技术缺点是电子束斑为圆形，束斑能量高斯分布，垂直打在回转体表面时热输入不均匀，影响涂层性能，且加工效率慢；电子枪工作需要高真空环境，抽真空时间长；电子枪是直热式电子枪，阴极寿命低只有几十小时。

因此，发明人提供了一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法，通过能够产生环形电子束的加工装置，解决了束斑能量分布不均匀的技术问题，可以实现对不同直径的回转体的表面涂层制备，提高表面涂层的成形质量及加工效率。

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于回转体表面涂层制备的加工装置，该装置包括真空室，设于所述真空室内的电子枪装置，贯穿所述电子枪装置且外表面上预制涂覆层的回转体零件，以及设于所述回转体零件两端的两个夹持装置；

所述电子枪装置包括枪体外壳，所述枪体外壳的一端设有顶盖、另一端为开口状，所述顶盖的内表面上设有环形阴极，所述顶盖和环形阴极之间设有绝缘子，所述枪体外壳的内壁上设有同轴安装的锥面阳极和带磁轭外壳，所述带磁轭外壳中设有聚焦线圈，所述回转体零件从所述枪体外壳的开口端依次贯穿所述带磁轭外壳、锥面阳极、环形阴极和顶盖；

所述顶盖上连接有高压电缆以及设有进气管，所述进气管位于所述环形阴极和所述锥面阳极之间；

所述环形阴极用于产生电子，且与锥面阳极一起使电子在向所述枪体外壳的开口端运动的过程中逐步进行汇聚，并形成环形状电子束；