[发明专利]离心叶轮防护涂层制备装置及涂层工艺方法

权利要求书

1.一种离心叶轮防护涂层制备装置，其特征在于：包括真空腔室以及可转动设置于真空腔室内的叶轮夹具；所述离心叶轮可固定安装于叶轮夹具上并随着叶轮夹具同步转动，所述真空腔室侧壁上布置有多个用于对离心叶轮进行涂层制备的靶；所述真空腔室沿轴线方向截面整体为半“腰型”结构；所述离心叶轮包括叶轮盘、设置于叶轮盘上的长叶片和短叶片，所述长叶片和短叶片沿叶轮盘周向方向均匀间隔交替设置；所述真空腔室包括直筒段和设置于直筒段上的弧形段，所述涂层沉积靶包括设置于直筒段上的第一靶和第二靶以及设置于弧形段上的第三靶和第四靶；第一靶的靶心所在的直线与第二靶靶心所在的直线均与离心叶轮轴线方向垂直；所述第一靶的靶心和第二靶的靶心在直筒段的同一圆周方向上且第一靶的靶心和第二靶的靶心连线与真空腔室的中轴线相交；第一靶的靶心和第二靶的靶心的连线与短叶片的叶尖所在的平面处于同一水平高度；所述第三靶的靶心和第四靶的靶心所在的平面处于同一水平高度，所述第三靶的靶心所在的直线和第四靶的靶心所在的直线相交并形成90°夹角，第三靶的靶心所在的直线与真空腔室的中轴线相交，第四靶的靶心所在的直线与真空腔室的中轴线相交。

2.根据权利要求 1 所述的离心叶轮防护涂层制备装置，其特征在于：所述直筒段上还设置有第五离子注入靶和第六离子注入靶；所述第五离子注入靶和第六离子注入靶与第一靶在同一圆周方向，第五离子注入靶的靶心所在的直线和第六离子注入靶的靶心所在的直线均与真空腔室的中轴线相交；所述第五离子注入靶的靶心所在的直线与第一靶的靶心所在的直线之间的夹角为45-75°；第六离子注入靶的靶心所在的直线与第二靶的靶心所在的直线之间的夹角为45-75°。

3.根据权利要求 2 所述的离心叶轮防护涂层制备装置，其特征在于：所述夹具包括沿轴线方向从下到上依次设置的基座、传动轴、设置于传动轴端部的驱动盘以及设置于驱动盘上用于安装离心叶轮的夹持组件；所述夹持组件包括固定连接安装于驱动盘轴向方向的中间轴、外套于中间轴的安装盘以及设置于中间轴顶部用于对离心叶轮压紧的上保护套；所述离心叶轮外套于中间轴并安装于安装盘与上保护套之间。

4.根据权利要求 3 所述的离心叶轮防护涂层制备装置，其特征在于：所述安装盘相对于真空腔室的轴线偏移0-30°。

5.根据权利要求 4 中离心叶轮防护涂层制备装置的离心叶轮的涂层工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：根据离心叶轮确定夹具、真空腔室和各个靶心的位置，确保离心叶轮的轴线与真空腔室的轴线之间有0-30°度的可调倾角；

S2：对真空腔室以及离心叶轮进行清理，将离心叶轮安装在真空腔室中，安装时使离心叶轮的进气边朝上，并对真空腔室进行抽真空处理，真空腔体抽真空到2.6×10^-3Pa；

S3：设置离心叶轮按一定的速度旋转，转速为5-20rpm；

S4：预热离心叶轮到300-500°C的温度；并通入氩气作为工作介质，流量为80sccm，叶轮基体偏压为-1000V，处理时间为10-15分钟；

S5：关闭氩气，开启第五离子注入靶和第六离子注入靶，注入离子为Ti离子，注入电压为8-12KV，注入剂量为2×10¹⁷cm^-2--8×10¹⁷cm^-2；

S6：TiAl涂层沉积：抽真空至2.6×10^-3Pa；弧压为24V，电流为100~110A，偏压为-50V，钛铝靶的纯度为99.9%，钛铝的原子比为3:7；

S7：梯度TiAlN涂层沉积：开启氮气，流量从0逐渐提高到50 sccm，保持真空度为5×10^-2Pa，弧压为24V，电流为100~110A，偏压为-50 V逐渐提高到-200 V,每分钟增加-3 V，钛铝靶的纯度为99.9%，钛铝的原子比为3:7，氮气的纯度为99.95%；沉积时间为150min；

TiAlN涂层沉积过程中开启磁过滤，确保涂层均匀致密；TiAl涂层沉积过程中可开启磁过滤，提升涂层致密性，也可根据需要关闭磁过滤，加快涂层的沉积效率；

S8：为提高涂层的厚度，重复S6-S7，形成多层梯度的TiAlN和TiAl涂层；

S9：按一定要求冷却离心叶轮。