[发明专利]一种大面积均匀沉积热障涂层的电子束物理气相沉积方法

说明书

本发明公开了一种大面积均匀沉积热障涂层的电子束物理气相沉积方法，该方法包括步骤：安置多个内径为50‑70mm的坩埚，设置坩埚的中心间距为300‑600mm，设置坩埚与工件的垂直距离为270‑660mm；对工件进行表面处理，将表面清理干净的工件固定在转动轴上；加热工件；将涂层材料装入坩埚，通过电子束加热蒸发坩埚中的涂层材料，在坩埚正中间上方形成稳定的蒸汽云；将工件送入蒸汽云中，通过旋转轴旋转工件，沉积涂层；沉积涂层结束，关闭电子束，待工件降温后取出工件，工件表面获得均匀热障涂层。本发明解决了大尺寸航空发动机涡轮叶片用电子束物理气相沉积技术制备均匀热障涂层的难题。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，更具体涉及一种大面积均匀沉积热障涂层的电子束物理气相沉积方法。

背景技术

目前，热障涂层一般采用喷涂或电子束物理气相沉积技术制备，喷涂技术制备的涂层结构为片层状，电子束物理气相沉积技术制备的涂层结构为柱状晶结构，这两种结构的热障涂层被广泛应用在发动机热端部件上。与喷涂技术相比，电子束物理气相沉积技术制备的热障涂层具有高应力容限，延长了涂层的抗热冲击能力，可使涂层在交替热冲击下保持较长寿命，但是受制于设备限制通常只用于小尺寸部件涂层的制备。

通常用电子束物理气相沉积技术在较大发动机叶片上制备热障涂层有两种方法：1)不断调整叶片在坩埚上方的位置，在叶片表面不同部位分步制备热障涂层，最终实现叶片表面的热障涂层全涂覆；2)增大坩埚尺寸，形成能够完全包覆工件的蒸汽云实现热障涂层的制备。

然而，上述两种方法都存在不足之处：1)涂层的搭接区域不好控制，涂层均匀性无法保障；2)坩埚尺寸不能无限增大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何克服电子束物理气相沉积技术在较大工件上制备热障涂层时存在的问题，制备出合格的热障涂层。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大面积均匀沉积热障涂层的电子束物理气相沉积方法，该方法包括步骤:

(1)排布坩埚：安置多个内径为50-70mm的坩埚，设置坩埚的中心间距为300-600mm，设置坩埚与工件的垂直距离为270-660mm；

(2)预处理工件：对工件进行表面处理，将表面清理干净的工件固定在转动轴上；

(3)加热工件：加热温度为800-1100℃；

(4)形成蒸汽云：将涂层材料装入坩埚，通过电子束加热蒸发坩埚中的涂层材料，在坩埚正中间上方形成稳定的蒸汽云；

(5)沉积涂层：将工件送入蒸汽云中，通过旋转轴旋转工件，转速为5-25rad/min，沉积涂层时间为10-40min；

(6)涂层结束：关闭电子束，待工件温度降低到50℃取出工件，工件表面获得均匀热障涂层。

优选地，在步骤(1)中，所述的坩埚为2-3个，坩埚内径为60mm，设置坩埚的中心间距为300mm，设置坩埚与工件的垂直距离为270mm。

优选地，在步骤(2)中，所述的工件为发动机涡轮叶片，所述的表面处理为喷砂处理。

优选地，在步骤(3)中，所述的工件加热温度为850℃。

优选地，在步骤(4)中，所述的涂层材料为钇稳定的氧化锆(YSZ)材料。

优选地，在步骤(5)中，所述的转速为10rad/min，所述的沉积涂层时间为25min。

(三)有益效果