[发明专利]离心叶轮防护涂层制备装置及涂层工艺方法

说明书

本发明公开了一种离心叶轮防护涂层制备装置，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沉积靶，本技术方案的涂层制备装置以及涂层工艺方法，在叶轮进气端、排气端和叶尖等部位制备高性能防护涂层，可大幅提高离心叶轮抗冲蚀/冲刷与耐腐蚀等性能指标，同时兼顾叶片的耐久极限，从而提高复杂环境下离心叶轮的可靠性和使用寿命，具有显著的经济效益；另外相对于现有设备，增加了两个金属离子注入靶，在制备涂层前进行离子注入的前处理工艺，提高涂层与基体的结合力，进一步提升离心叶轮的防护性能。

技术领域

本发明涉及叶轮，具体涉及一种离心叶轮防护涂层制备装置及涂层工艺方法。

背景技术

离心式压气机叶轮在工作期间高速旋转，压缩空气并对其做功，实现气流的增压，相对轴流式压气机具有单级增压比高，工作稳定裕度大，结构可靠等诸多特点，常用于涡轴和涡桨发动机上。离心式水泵也存在离心叶轮结构，叶轮高速旋转，带动水作离心运动，将水向外甩出并被压入出水管中。但离心叶轮工作过程中，容易受到外部环境的影响。飞行器在高原和风沙环境起降时，或者易吸入大量不规则砂尘颗粒，使得离心叶轮表面容易受到砂尘颗粒的冲蚀磨损；离心式水泵在工作时，水中的泥浆也会对离心叶轮造成冲刷与磨损,此外还存在一定的腐蚀现象。

离心叶轮多采用不锈钢或钛合金材料，其在运行中承受冲蚀/冲刷与腐蚀等，易导致叶片构型的改变，对结构造成损害，降低性能甚至危害运行安全。此外，离心叶轮叶叶片和叶盘为一个整体，局部发生了过重的损坏，则必须更换整个叶轮，成本代价高昂。因而迫切需要采用防护涂层技术，提高离心叶轮表面材料的抗冲蚀/冲刷与抗腐蚀性能，从而提高离心叶轮的环境适用能力，确保安全服役。

防护涂层技术已经在工业上得到了广泛的应用，尤其是在刀具、磨具等部件上应用甚广。例如，在授权号为CN 102575345 A发明专利中，采用的是二氧化钛和氧化铝涂层，用于保护基体材料不受环境的化学元素腐蚀的影响，但不具备同时防腐和抗砂尘冲击的作用。授权号为CN 102092159 A发明专利中，用于压气机叶轮、叶片的ZrN/TiMo复合涂层由TiMo粘结层和TiAlN面层组成，粘结层TiMo的制备，采用磁控溅射制备工艺；ZrN面层的制备，采用多弧离子镀制备工艺。主要用于600℃高温下抗热循环能力、抗热盐腐蚀能力和抗冲刷磨损的能力。该涂层主要用于高温抗腐蚀，且制备方法涉及到两种设备，加工复杂。

由于离心叶轮工作时高速旋转，因而对表面防护涂层的结合力要求很高。离心叶轮叶片带有扭转，部分区域互相遮挡，且不同的区域承受的冲蚀情形不同，因而防护需求不同。上述的专利中的防护涂层一般针对简单构件，不能根据叶轮结构和防护要求进行涂层设计，难以针对离心叶轮的不同区域差异化涂层制备。因此，亟需一种离心叶轮抗冲蚀/冲刷耐腐蚀一体化防护涂层装置及其制备方法。

因此，为解决以上问题，需要一种离心叶轮防护涂层制备装置，解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本技术方案的离心叶轮防护涂层制备装置以及涂层工艺方法，叶轮进气端、排气槽端和叶尖等部位制备高性能涂层，可大幅提高离心叶轮抗冲蚀/冲刷与耐腐蚀等性能指标，同时兼顾叶片的耐久极限。可大幅提高复杂环境下离心叶轮的可靠性和使用寿命，具有显著的经济效益；另外相对于现有设备，增加了两个金属离子注入靶，在制备涂层前进行离子注入的前处理工艺，可提高涂层与基体的结合力，进一步提升离心叶轮的防护性能。

一种离心叶轮防护涂层制备装置，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开设有多个用于对离心叶轮进行喷涂的涂层沉积靶。

进一步，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。