CN104404454B - 一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装及其使用方法，包括拉杆、定位盒、连接板以及吊钩，其中，拉杆的两端设置吊钩，拉杆的底端设置连接板，连接板上设置用于放置涡轮叶片的定位盒，定位盒位于拉杆两侧。本发明提供了一种结构简单、维护方便、设计新颖，并且装卸方便快捷的工装，该工装既防护了榫头，又保证了涡轮叶片叶身和缘板上表面各个区域涂层厚度的均匀性，即保证了涂层的使用性能。本发明工装通过物理遮蔽原理对榫头进行防护，叶身在涂层过程中同时实现公转和自转，将两件叶片并列排放，通过控制涡轮工作叶片之间距离不产生物理遮蔽现象保证涂层均匀涂覆到所有叶片上。

Description

一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装及其使用方法
技术领域
本发明属于物理气相沉积技术，具体涉及一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装及其使用方法。
背景技术
多弧离子镀技术是采用阴极电弧蒸发源的一种离子镀技术，用于涡轮叶片涂覆MCrAlY和压气机叶片涂覆TiN涂层等工艺。目前，将多弧离子镀设备应用于涂层沉积时存在诸多技术难题有待攻克。首先，设备有效尺寸小，合金料锭昂贵，沉积速率低，导致零件加工周期长、成本高等问题。其次，采用多弧离子镀技术在涡轮工作叶片表面沉积涂层时，要求叶身外表面和缘板上表面涂覆涂层且涂层厚度均匀，但榫头部位不允许存在涂层，需对榫头进行有效保护。因此，极有必要设计一种能够充分利用设备有效尺寸的工装，以提高设备的装炉量，降低涂层加工成本。
发明内容
本发明目的是提供一种既能保护叶片榫头，又能保证涡轮叶片叶身和缘板上表面涂覆涂层且涂层厚度均匀的用于多弧离子镀设备沉积涂层工装及其使用方法，主要用于多弧离子镀设备沉积涡轮叶片涂层。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装，包括拉杆、定位盒、连接板以及吊钩，其中，拉杆的两端设置吊钩，拉杆的底端设置连接板，连接板上设置用于放置涡轮叶片的定位盒，定位盒位于拉杆两侧。
所述拉杆、定位盒、连接板以及吊钩的材质为1Cr18Ni9Ti材料。
所述定位盒采用焊接的方式固定在连接板上。
所述连接板上开设有通孔，拉杆的底端穿过通孔，通过焊接的方式在拉杆的底端设置吊钩。
一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装的使用方法，包括以下步骤：
1)将待涂覆的涡轮工作叶片和拉杆、定位盒、连接板以及吊钩清洗干净；
2)将涡轮工作叶片榫头装入定位盒中，通过吊钩将多个拉杆连成串；
3)将装夹有涡轮工作叶片的成串拉杆与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接，然后开启多弧离子镀设备进行沉积涂层，最后完成对涡轮工作叶片的涂层。
进行沉积涂层的具体步骤为：
1)对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度达到设定值并稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗；然后在偏压为90～310V，电流为90～100A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm；
2)将沉积室内涡轮工作叶片真空冷却至100℃以下后，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装，卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置两端带有吊钩的拉杆，拉杆的底端设置连接板，连接板上设置两个用于放置涡轮叶片的定位盒，使用时将涡轮叶片的榫头放入定位盒中，然后在多弧离子镀设备中进行喷涂，最终能够保证涡轮叶片叶身和缘板上表面各个区域涂层厚度的均匀性，即保证了涂层的使用性能，同时包含了榫头。
本发明提供了一种结构简单、维护方便、设计新颖，并且装卸方便快捷的工装，该工装既防护了榫头，又保证了涡轮叶片叶身和缘板上表面各个区域涂层厚度的均匀性，即保证了涂层的使用性能。
本发明工装通过物理遮蔽原理对榫头进行防护，叶身在涂层过程中同时实现公转和自转，将两件叶片并列排放，通过控制涡轮工作叶片之间距离不产生物理遮蔽现象保证涂层均匀涂覆到所有叶片上。该工装的使用方法简单，效果高。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
①该工装结构简单、维护方便、设计新颖，并且装卸方便快捷。
②该工装能充分利用设备有效尺寸，提高设备装炉量。
③使用该工装，可缩短20％生产周期。
附图说明
图1为多弧离子镀设备构造图；
图2为工装及叶片装夹示意图；
图3为装炉方式示意图；
图4为涡轮工作叶片截面检测部位；
图5为涡轮工作叶片截面厚度各个检测部位。
图中，1-1为阴极弧源(靶材)，1-2为氩气进气口，1-3为空气进气口，1-4为真空系统，1-5为叶片，1-6为偏压电源，1-7为沉积室，1为拉杆，2为涡轮叶片，3为定位盒，4为连接板，5为吊钩，4-1为叶身，4-2为缘板，4-3为过渡段，4-4为榫齿，5-1为进气边，5-2为叶背靠进气边，5-3为叶背靠排气边，5-4为排气边，5-5为叶盆靠排气边，5-6为叶盆靠进气边。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明中多弧离子镀设备包括阴极弧源(靶材)1-1、氩气进气口1-2、空气进气口1-3、真空系统1-4、叶片1-5、偏压电源1-6、沉积室1-7，其中，阴极弧源(靶材)1-1、氩气进气口1-2、空气进气口1-3、真空系统1-4、偏压电源1-6分别设置在沉积室1-7的四周，叶片1-5在沉积室1-7的内部。
参见图4，本发明中的涡轮工作叶片包括叶身4-1、缘板4-2、过渡段4-3、榫齿4-4，其中，叶身4-1的一端与缘板4-2连接，缘板4-2与过渡段4-3连接，过渡段4-3与榫齿4-4相连接。
参见图2，本发明的用于多弧离子镀设备沉积涂层工装，包括拉杆1、定位盒3、连接板4以及吊钩5，其中，拉杆1的两端设置有吊钩5，拉杆1的底端设置连接板4，连接板4上设置用于放置涡轮叶片2的定位盒3，定位盒位于拉杆1的两侧。
进一步，拉杆1、定位盒3、连接板4以及吊钩5采用1Cr18Ni9Ti材料制成，所述工装结构和尺寸根据涡轮工作叶片榫头尺寸、设备有效区尺寸和涡轮工作叶片之间距离不产生物理遮蔽现象等因素确定。
参见图2，本发明中定位盒3采用焊接的方式固定在连接板4左右两侧，连接板4中心开设有通孔，将拉杆1与吊钩5焊接于连接板4上下两侧。叶片进气边向内放置于定位盒3内，定位盒3将榫头部位无涂层区域遮蔽严密。
参见图3，装炉时，将装有叶片的三组工装通过拉杆与设备挂钩连接，这三组叶片从炉顶自下分别定义为第1层，第2层，第3层。设备转动系统带动工装沿圆周公转，同时带动每一串工装产生自转，从而保证叶身表面各个区域涂层厚度的均匀性。
本发明工装使用方法：1)采用丙酮将待涂覆的涡轮工作叶片和工装清洗干净；2)晾干后将涡轮工作叶片榫头装入定位盒3，通过吊钩5连成串；3)将装夹有涡轮工作叶片的成串工装与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接。开启转动装置，检查公转及自转系统工作是否正常；4)对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度在设定值稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗；5)在偏压：(100～300)±10V，电流：95±5A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm；6)将零件真空冷却至100℃以下，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装。卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中，工件为涡轮工作叶片。将两个涡轮工作叶片进气边向内放置于定位盒中，放置于设备第1层位置。按本发明中工艺参数进行涂覆涂层处理后，得到叶身外表面和缘板上表面沉积有涂层，且榫头得到有效防护的涡轮工作叶片。
工装的具体使用方法如下：
步骤1，清洗：将涡轮工作叶片及工装用丙酮清洗干净，准备装夹。清洗是为了防止零件被污染，影响涂层结合力。
步骤2，装夹：将涡轮工作叶片榫头装入定位盒，通过吊钩连成串。
步骤3，涂覆涂层，具体过程是：
装炉：将装夹有涡轮工作叶片的成串工装与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接。开启转动装置，检查公转及自转系统工作是否正常。
抽真空：对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度在设定值稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗。
沉积涂层：在偏压为(100～300)±10V，电流为95±5A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm。
冷却：将零件真空冷却至100℃以下，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装。卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
对第1层叶片进行涂层厚度检测，检测部位如图4中所示，分别对叶身的上、中、下三个截面进行涂层厚度测量，且在每个截面取6个部位进行厚度检测，以分析叶身表面涂层厚度均匀性，截面检测部位如图5中所示，具体检测部位为进气边5-1、叶背靠进气边5-2、叶背靠排气边5-3、排气边5-4、叶盆靠排气边5-5以及叶盆靠进气边5-6。经测量，得到表1所示的第1层叶片涂层厚度测量结果，从表1中可以看出，涂层厚度均满足设计要求(20～55μm)。
表1
实施例2
该实施例中，工件为涡轮工作叶片。将两个涡轮工作叶片进气边向内放置于定位盒中，放置于设备第2层位置。按相应的工艺参数进行涂覆涂层处理后，得到叶身外表面和缘板上表面沉积有涂层，且榫头得到有效防护的涡轮工作叶片。
该工装的具体使用方法如下：
步骤1，清洗：将涡轮工作叶片及工装用丙酮清洗干净，准备装夹。清洗是为了防止零件被污染，影响涂层结合力。
步骤2，装夹：将涡轮工作叶片榫头装入定位盒，通过吊钩连成串。
步骤3，涂覆涂层：所述涂覆涂层的具体过程是：
装炉：将装夹有涡轮工作叶片的成串工装与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接。开启转动装置，检查公转及自转系统工作是否正常。
抽真空：对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度在设定值稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗。
沉积涂层：在偏压为(100～300)±10V，电流为95±5A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm。
冷却：将零件真空冷却至100℃以下，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装。卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
对第二层叶片进行涂层厚度检测，检测部位如图4中所示，分别对叶身的上、中、下三个截面进行涂层厚度测量，且在每个截面取6个部位进行厚度检测，以分析叶身表面涂层厚度均匀性，截面检测部位如同5中所示。经测量，得到表2所示的第2层叶片涂层厚度测量结果，从表2中可以看出，涂层厚度均满足设计要求(20～55μm)。
表2
实施例3
本实施例的工装可有效保证叶身外表面和缘板上表面涂覆涂层且涂层厚度均匀，且需对榫头进行防护。
本实施例中，工件为涡轮工作叶片。将两个涡轮工作叶片进气边向内放置于定位盒中，放置于设备第三层位置。按相应的工艺参数进行涂覆涂层处理后，得到叶身外表面和缘板上表面沉积有涂层，且榫头得到有效防护的涡轮工作叶片。
该工装的具体使用方法如下：
步骤1，清洗：将涡轮工作叶片及工装用丙酮清洗干净，准备装夹。清洗是为了防止零件被污染，影响涂层结合力。
步骤2，装夹：将涡轮工作叶片榫头装入定位盒，通过吊钩连成串。
步骤3，涂覆涂层：所述涂覆涂层的具体过程是：
装炉：将装夹有涡轮工作叶片的成串工装与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接。开启转动装置，检查公转及自转系统工作是否正常。
抽真空：对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度在设定值稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗。
沉积涂层：在偏压为(100～300)±10V，电流为95±5A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm。
冷却：将零件真空冷却至100℃以下，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装。卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
对第三层叶片进行涂层厚度检测，检测部位如图4中所示，分别对叶身的上、中、下三个截面进行涂层厚度测量，且在每个截面取6个部位进行厚度检测，以分析叶身表面涂层厚度均匀性，截面检测部位如图5中所示。经测量，得到表3所示的第三层叶片涂层厚度测量结果，从表3中可以看出，涂层厚度均满足设计要求(20～55μm)。
表3
从表1-3可以看出本发明提供的工装可有效保证叶身外表面和缘板上表面涂覆涂层且涂层厚度均匀，且需对榫头进行防护。

Claims (4)

1.一种用于多弧离子镀设备沉积涂层工装，其特征在于，包括拉杆(1)、定位盒(3)、连接板(4)以及吊钩(5)，其中，拉杆(1)的两端设置吊钩(5)，拉杆(1)的底端设置连接板(4)，连接板(4)上设置用于放置涡轮叶片(2)的定位盒(3)，定位盒(3)位于拉杆两侧；
所述拉杆(1)、定位盒(3)、连接板(4)以及吊钩(5)的材质为1Cr18Ni9Ti材料；
所述连接板(4)上开设有通孔，拉杆(1)的底端穿过通孔，通过焊接的方式在拉杆(1)的底端设置吊钩(5)。
2.根据权利要求1所述的用于多弧离子镀设备沉积涂层工装，其特征在于，所述定位盒(3)采用焊接的方式固定在连接板(4)上。
3.一种如权利要求1所述的用于多弧离子镀设备沉积涂层工装的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将待涂覆的涡轮工作叶片(2)和拉杆(1)、定位盒(3)、连接板(4)以及吊钩(5)清洗干净；
2)将涡轮工作叶片榫头装入定位盒(3)中，通过吊钩(5)将多个拉杆(1)连成串；
3)将装夹有涡轮工作叶片(2)的成串拉杆与多弧离子镀设备沉积室上端的吊钩连接，然后开启多弧离子镀设备进行沉积涂层，最后完成对涡轮工作叶片的涂层。
4.一种根据权利要求3所述的用于多弧离子镀设备沉积涂层工装的使用方法，其特征在于，进行沉积涂层的具体步骤为：
1)对沉积室抽真空，当真空度低于6.7×10-2Pa时，开始加热，当温度达到设定值并稳定5分钟后，进行辉光清洗、轰击清洗；然后在偏压为90～310V，电流为90～100A下进行沉积涂层，涂层厚度为20～55μm；
2)将沉积室内涡轮工作叶片真空冷却至100℃以下后，向沉积室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片及工装，卸掉工装，得到叶身外表面和缘板上表面有涂层，且榫头被防护的涡轮工作叶片。
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