CN111575671A - 用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法，所述夹具包括叶片固定轴、盖板支架、上盖板和下盖板，叶片固定轴与盖板支架连接，上盖板安装在盖板支架的上端面上，下盖板安装在叶片固定轴的下端面上，且上盖板与下盖板的错位卡合连接；可以在发动机叶片或者涡轮叶片的喷涂硬质涂层时利用本夹具对叶片进行夹持和固定，利用分区镀膜工艺在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的涂层，满足对发动机叶片或者涡轮叶片局部喷涂硬质涂层的要求，降低叶片表面的冲蚀损伤，并且保证其叶片的疲劳强度，本夹具具有结构简单、使用方便、设计合理的特点。

Description

用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法
技术领域
本发明属于航空发动机先进制造技术领域，具体涉及用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法。
背景技术
战斗机和直升机在沙漠地带飞行、起飞和降落过程中，空气中的尘埃和砂粒等在高速气流的作用下，将会对发动机的叶片，尤其会对叶尖两侧的一定区域范围造成严重的冲蚀，严重时会导致叶尖附近区域的脱落，从结构上对发动机的性能会产生较大的影响；在叶片表面引入硬质涂层可以显著提高叶片的抗冲蚀能力，但是硬质涂层的引入，将会导致叶片疲劳强度的降低；
试验研究和数值模拟表明，绝大多数的砂尘颗粒对叶片的冲蚀发生在叶尖附近，提高叶片尤其是叶尖附近区域的抗冲蚀性能尤为重要，因此，在叶尖表面冲蚀损伤严重区域制备涂层，在解决砂尘对叶片特定区域的冲蚀问题的前提下，控制涂层对叶片疲劳强度的降低，对于提高硬质涂层在航空发动机的应用有着重要的意义。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供用于叶片表面选区制备涂层的方法和夹具，可以在发动机叶片或者涡轮叶片的喷涂硬质涂层时可以对叶片进行夹持和固定，利用分区镀膜工艺在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的涂层，满足对发动机叶片或者涡轮叶片局部喷涂硬质涂层的要求，降低叶片表面的冲蚀损伤，并且保证其叶片的疲劳强度，本夹具具有结构简单，使用简单方便设计合理的特点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
用于叶片表面选区制备涂层的夹具，包括叶片固定轴、盖板支架、上盖板和下盖板，叶片固定轴与盖板支架连接，上盖板安装在盖板支架的上端面上，下盖板安装在叶片固定轴的下端面上，且上盖板与下盖板错位卡合连接。
优选的，所述的叶片固定轴包括法兰盘、连接轴和连接头，法兰盘设置在叶片固定轴的左端，法兰盘的右端设置有连接轴，通过连接轴将法兰盘和连接头连接；所述连接头为U形结构，包括榫部卡接槽、卡接凸起、第一螺纹连接孔、第二螺纹连接孔和第三螺纹连接孔，榫部卡接槽设置在连接头的中间，在榫部卡接槽外部的上、下两端均设置有卡接凸起对叶片榫部进行限位，且在上部卡接凸起上对称设置有第二螺纹连接孔，下部卡接凸起上对称设置有第三螺纹连接孔，所述第一螺纹连接孔设置对称在榫部卡接槽上部的连接头侧壁上，且贯穿侧壁。
优选的，所述的盖板支架为U型槽结构，且在盖板支架上、下两端U形槽侧壁上分别设置有第四螺纹连接孔和第五螺纹连接孔，所述第五螺纹连接孔与第一螺纹连接孔配合使用。
优选的，所述的上盖板包括上顶板、上左立板、上左挡板、上右立板、上端盖和上前挡板，上顶板为上盖板的顶板，上左立板设置在上顶板的左侧，上左挡板设置在上顶板的前端左侧部，上右立板设置在上顶板的右侧，所述上端盖为倒三角形，设置在上顶板的后端，上前挡板设置在上顶板的前端，与上左挡板连接。
优选的，所述的下盖板包括下底板、下右立板、下右挡板、下左立板、下端盖和下前挡板，下底板为下盖板的底板，下右立板设置在下底板的右侧，与上右立板配合错位卡接，下右挡板设置在下底板的前端右侧部，与上左挡板配合使用，对叶片固定轴进行限位，下左立板设置在下底板的左侧，与上左立板配合错位卡接，所述下端盖为三角形，设置在下底板的后端，下前挡板设置在下底板的前端，与下右挡板连接。
优选的，所述的上顶板上设置有第一固定连接孔和第一滑动固定槽，第一固定连接孔与第四螺纹连接孔配合使用，第一滑动固定槽与第四螺纹连接孔和六角螺栓配合使用，将盖板支架与上盖板连接；所述下底板上设置有第二固定连接孔和第二滑动固定槽，第二固定连接孔与第三螺纹连接孔配合使用，第二滑动固定槽与第三螺纹连接孔和六角螺栓配合使用。
优选的，所述的上左立板和下右立板、上右立板和下左立板上均对应设置有第三滑动固定槽，对上左立板和下右立板、上右立板和下左立板进行错位固定。
优选的，所述的上端盖上设置有弧形凹槽和第一叶片限位凹槽，弧形凹槽为倒三角形的斜边，第一叶片限位凹槽设置在弧形凹槽的下端；所述下端盖上设置有弧形凸起和第二叶片限位凹槽，弧形凸起为三角形的斜边，第二叶片限位凹槽设置在弧形凸起的上端；所述弧形凹槽和弧形凸起配合使用，形成用于卡接叶片前端部的卡接缝隙，且弧形凹槽和弧形凸起的弧度与叶片前端部的弧度相同；所述第一叶片限位凹槽与第二叶片限位凹槽配合使用，对卡接叶片前端部的上下两侧部进行卡接。
使用用于叶片表面选区制备涂层的夹具选区制备叶片表面涂层的方法，包括以下步骤：
S1.预处理：对叶片镀膜区用70μm细砂进行喷砂处理，将经过喷砂后的基体样块分别采用丙酮和无水乙醇进行超声波清洗各2次，每次15分钟，并迅速用高纯氮气吹干；
S2.然后利用六角螺丝将叶片固定轴和盖板支架连接，再将经步骤S1处理过的叶片榫部卡接在榫部卡接槽中，分别安装上盖板和下盖板，安装时，根据叶片镀膜区的位置，调整固定轴与上盖板和下盖板的相对位置，使得叶片镀膜区可以完全卡接缝隙外，将叶片固定轴与镀膜机通过螺栓连接，进行镀膜；
S3.Ti离子注入的制备：制备前将镀膜机抽真空至真空度为1.0×10-4-5.0×10- 3Pa，真空腔温度升至400-500℃，占空比为85-90％；Ti离子注入：注入电压为8-15kV，束流强度为4-8mA，注入离子总剂量为1.0×1015-1.0×1016离子/m2；
S4.制备氮化钛涂层，具体步骤如下：(1)在溅射得到的Ti离子溅射层的表面沉积TiN涂层；(2)将离子镀基体偏压调至-350V，打开Ti靶电源，通入N2气流量为20-30sccm，Ti靶产生的Ti离子与N2气反应后，沉积到所述过渡层的表面，得到TiN沉积涂层；(3)沉积时，起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为2.0A，电压为24.2V；(4)沉积8小时TiN涂层；
S5.停弧，降温，取出叶片，完成所述叶片表面无渐变涂层的涂层制备。
优选的，在所述步骤S3与步骤S5之间还可设置过渡层的制备过程，其具体过程如下：
过渡层的制备：
(1)将所述磁过滤离子注入复合镀膜机的基体偏压依次调至-800V、-600V、-400V，并在各偏压下分别进行Ti离子溅射；
(2)打开Ti靶，设定起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为3.0A，电压为24.2V；
(3)各基体偏压下的溅射时间均为30s-120s；
(4)在注入Ti离子的基体表面得到厚度为150nm-600nm的Ti离子溅射层；
完成所述叶片表面有渐变涂层的涂层制备。
本发明的有益效果是：本发明公开了用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：
(1)本发明设计了一种用于叶片表面选区制备涂层的夹具，可以在发动机叶片或者涡轮叶片的喷涂硬质涂层时可以对叶片进行夹持和固定，利用分区镀膜工艺在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的涂层，满足对发动机叶片或者涡轮叶片局部喷涂硬质涂层的要求，降低叶片表面的冲蚀损伤，保证其叶片的疲劳强度满足使用要求；
(2)同时，本夹具可以根据叶片服役的要求，通过调节固定轴与下盖板、盖板支架与上盖板之间的连接螺栓，以及调节固定螺栓穿过第三滑动固定槽的位置，调整上端盖与下端盖的距离，从而调整上下端盖之间的错位深度，调整卡接缝隙的缝隙大小，实现离子释放空隙大小的控制，在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的渐变涂层和无渐变涂层；
(3)并且，本夹具可以根据不同发动机叶片或者涡轮叶片的大小，通过调整六角螺栓在第一滑动固定槽和第二滑动固定槽的位置，从而调整叶片固定轴与上下盖板的相对位置，从而实现对不同大小的叶片制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的涂层，具有使用简单方便、设计合理的优点。
附图说明
图1为本发明叶片表面选区制备涂层夹具的结构示意图。
图2为本发明叶片固定轴的结构示意图。
图3为本发明盖板支架的结构示意图。
图4为本发明上盖板的结构示意图。
图5为本发明上盖板A处的局部放大图。
图6为本发明下盖板的结构示意图。
图7为本发明下盖板B处的局部放大图。
图8为本发明实施例1利用离子镀在叶片表面制备的选区有渐变涂层的涂层示意图。
图9为本发明实施例2利用离子镀在叶片表面制备的选区无渐变涂层的涂层示意图。
图10为本发明叶片的结构示意图。
其中：1.叶片固定轴,11.法兰盘,12.连接轴,13.连接头,131.榫部卡接槽,132.卡接凸起，133.第一螺纹连接孔,134.第二螺纹连接孔,135.第三螺纹连接孔,2.盖板支架,21.第四螺纹连接孔,22.第五螺纹连接孔，3.上盖板,31.上顶板,311.第一固定连接孔,312.第一滑动固定槽,32.上左立板,33.上左挡板,34.上右立板,341.第三滑动固定槽,35.上端盖,351.弧形凹槽，352.第一叶片限位凹槽，36.上前挡板，4.下盖板，41.下底板,411.第二固定连接孔,412.第二滑动固定槽,42.下右立板,43.下右挡板,44.下左立板,45.下端盖，451.弧形凸起，452.第二叶片限位凹槽，46.下前挡板，5.叶片；
在图8中，标号1所示的是渐变涂层；
在图9中，标号2所示的是无渐变涂层；
在图10中，标号3所示的是叶片榫部。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
参照附图1-10所示的用于叶片表面选区制备涂层的夹具及涂层的制备方法，所述用于叶片表面选区制备涂层的夹具包括叶片固定轴1、盖板支架2、上盖板3和下盖板4，叶片固定轴1与盖板支架2连接，上盖板3安装在盖板支架2的上端面上，下盖板4安装在叶片固定轴1的下端面上，且上盖板3与下盖板4的错位卡合连接。
所述的叶片固定轴1包括法兰盘11、连接轴12和连接头13，法兰盘11设置在叶片固定轴的左端，法兰盘11的右端设置有连接轴12，通过连接轴12将法兰盘11和连接头13连接；所述连接头13为U形结构，包括榫部卡接槽131、卡接凸起132、第一螺纹连接孔133、第二螺纹连接孔134和第三螺纹连接孔135，榫部卡接槽131设置在连接头13的中间，为连接头13中间的凹槽部分，使用时，用于卡接叶片榫部，在榫部卡接槽131外部的上、下两端均设置有卡接凸起132，对卡入榫部卡接槽131的叶片榫部进行限位，防止叶片榫部在喷涂叶片时滑脱，且在上部卡接凸起上对称设置有第二螺纹连接孔134，下部卡接凸起上对称设置有第三螺纹连接孔135，所述第一螺纹连接孔133设置对称在榫部卡接槽131上部的连接头侧壁上，且贯穿侧壁；
所述的盖板支架2为U型槽结构，且在盖板支架2上、下两端U形槽侧壁上分别设置有第四螺纹连接孔21和第五螺纹连接孔22，所述第五螺纹连接孔22与第一螺纹连接孔133配合使用，使用时，将六角螺栓依次穿过第五螺纹连接孔22和第一螺纹连接孔133，将叶片固定轴1与盖板支架2连接。
所述的上盖板3包括上顶板31、上左立板32、上左挡板33、上右立板34、上端盖35和上前挡板36，上顶板31为上盖板3的顶板，上左立板32设置在上顶板31的左侧，上左挡板33设置在上顶板31的前端左侧部，上右立板34设置在上顶板31的右侧，所述上端盖35为倒三角形，设置在上顶板31的后端，上前挡板36设置在上顶板31的前端，与上左挡板33连接，且在所述上顶板31上设置有第一固定连接孔311，第一固定连接孔311与第四螺纹连接孔21配合使用，使用时，使用六角螺栓依次穿过第一固定连接孔311和第四螺纹连接孔21，将盖板支架2与上盖板3连接；
所述的下盖板4包括下底板41、下右立板42、下右挡板43、下左立板44、下端盖45和下前挡板46，下底板41为下盖板4的底板，下右立板42设置在下底板41的右侧，与上右立板44配合错位卡接，下右挡板43设置在下底板41的前端右侧部，与上左挡板33配合使用，对叶片固定轴1进行限位，下左立板44设置在下底板41的左侧，与上左立板32配合错位卡接，所述下端盖45为三角形，设置在下底板41的后端，下前挡板46设置在下底板41的前端，与下右挡板43连接；且所述下底板41上设置有第二固定连接孔411，第二固定连接孔411与第三螺纹连接孔135配合使用，使用时，通过六角螺栓依次穿过第二固定连接孔411和第三螺纹连接孔135，将叶片固定轴1与下盖板4连接；
所述的上左立板32和下右立板42、上右立板34和下左立板44上均对应设置有第三滑动固定槽341，对上左立板32和下右立板42、上右立板34和下左立板44进行错位固定；
所述的上端盖35上设置有弧形凹槽351和第一叶片限位凹槽352，弧形凹槽351为倒三角形的斜边，第一叶片限位凹槽352设置在弧形凹槽351的下端；所述下端盖45上设置有弧形凸起451和第二叶片限位凹槽452，弧形凸起451为三角形的斜边，第二叶片限位凹槽452设置在弧形凸起451的上端；所述弧形凹槽351和弧形凸起451配合使用，形成用于卡接叶片前端部的卡接缝隙，且弧形凹槽351和弧形凸起451的弧度与叶片前端部的弧度相同；所述第一叶片限位凹槽352与第二叶片限位凹槽452配合使用，对卡接叶片前端部的上下两侧部进行卡接，使用时，通过将上端盖35与下端盖45错位卡接，形成卡接缝隙，同时可以通过调整卡接缝隙的缝隙大小，满足有渐变层涂层和无渐变层涂层的喷涂。
实施例1：
在使用时，根据叶片服役的要，需要通过调整卡接缝隙的大小来实现控制离子释放空隙的大小，在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的渐变层涂层的涂层时，以需要将卡接缝隙的宽调整为2mm，喷涂带有渐变层的涂层为例，我们可以按照以下步骤进行组装夹具：
步骤一：首先利用六角螺栓依次穿过第五螺纹连接孔22和第一螺纹连接孔133，将叶片固定轴1与盖板支架2连接；然后将叶片固定轴1和盖板支架2连接，将需要制备渐变涂层的叶片(发动机或者涡轮机)的榫部卡接在榫部卡接槽131内，叶片固定好后，依次安装下盖板4和上盖板3，安装时注意使连接头13稳稳的安装在下盖板4和上盖板3中间的空间内；
步骤二：将下盖板4和上盖板3粗略固定后，在根据施工要求，旋松用于固定下盖板4和上盖板3的六角螺栓，以及旋松穿过第三滑动固定槽的固定螺栓，使得错位卡合的下盖板4和上盖板3可以在一定程度上上下移动，从而精调下盖板4和上盖板3卡合的相对位置，使得错位卡合的上端盖35和下端盖45上的弧形凹槽351和弧形凸起451之间发生相互错位，调整卡接缝隙的缝隙大小，直至其缝隙宽度为2mm时，再依次旋紧固定螺栓和六角螺栓，使得叶片固定轴1、盖板支架2、上盖板3和下盖板4之间的位置不发生变化；
步骤三：将法兰盘11与镀膜机通过六角螺栓连接，利用有渐变涂层的制备涂层的方法制备有渐变层的涂层，包括以下步骤：
S1.预处理：对叶片镀膜区用70μm细砂进行喷砂处理，将经过喷砂后的基体样块分别采用丙酮和无水乙醇进行超声波清洗各2次，每次15分钟，并迅速用高纯氮气吹干；
S2.按上述方法安装夹具，并将夹具与镀膜机连接；
S3.Ti离子注入的制备：制备前将镀膜机抽真空至真空度为1.0×10-4-5.0×10- 3Pa，真空腔温度升至400-500℃，占空比为85-90％；Ti离子注入：注入电压为8-15kV，束流强度为4-8mA，注入离子总剂量为1.0×1015-1.0×1016离子/m2；
S4.过渡层的制备：(1)将所述磁过滤离子注入复合镀膜机的基体偏压依次调至-800V、-600V、-400V，并在各偏压下分别进行Ti离子溅射；(2)打开Ti靶，设定起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为3.0A，电压为24.2V；(3)各基体偏压下的溅射时间均为30s-120s；(4)在注入Ti离子的基体表面得到厚度为150nm-600nm的Ti离子溅射层；
S5.制备氮化钛涂层，具体步骤如下：(1)在溅射得到的Ti离子溅射层的表面沉积TiN涂层；(2)将离子镀基体偏压调至-350V，打开Ti靶电源，通入N2气流量为20-30sccm，Ti靶产生的Ti离子与N2气反应后，沉积到所述过层的表面，得到TiN沉积涂层；(3)沉积时，起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为2.0A，电压为24.2V；(4)沉积8小时TiN涂层；
S6.停弧，降温，取出叶片，完成所述叶片表面有渐变涂层的涂层制备(制备结果如图8所示)。
实施例2
与实施例1不同的是，在使用时，根据叶片服役的要，需要通过调整卡接缝隙的大小来实现控制离子释放空隙的大小，在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的无渐变涂层的涂层时，以需要将卡接缝隙的宽度调整为0.2mm，喷涂无渐变层的涂层为例，我们可以按照以下步骤进行组装夹具：
步骤一：首先利用六角螺栓依次穿过第五螺纹连接孔22和第一螺纹连接孔133，将叶片固定轴1与盖板支架2连接；然后将叶片固定轴1和盖板支架2连接，将需要制备渐变涂层的叶片(发动机或者涡轮机)的榫部卡接在榫部卡接槽131内，叶片固定好后，依次安装下盖板4和上盖板3，安装时注意使连接头13稳稳的安装在下盖板4和上盖板3中间的空间内；
步骤二：将下盖板4和上盖板3粗略固定后，在根据施工要求，旋松用于固定下盖板4和上盖板3的六角螺栓，以及旋松穿过第三滑动固定槽的固定螺栓，使得错位卡合的下盖板4和上盖板3可以在一定程度上上下移动，从而精调下盖板4和上盖板3卡合的相对位置，使得错位卡合的上端盖35和下端盖45上的弧形凹槽351与弧形凸起451之间发生相互错位，调整卡接缝隙的缝隙大小，直至卡接缝隙的缝隙宽度为0.2mm时，再依次旋紧固定螺栓和六角螺栓，使得叶片固定轴1、盖板支架2、上盖板3和下盖板4之间的位置不发生变化；
步骤三：将法兰盘11与镀膜机通过螺栓连接，利用无渐变涂层的制备涂层的方法制备无渐变层的涂层，包括以下步骤：
S1.预处理：对叶片镀膜区用70μm细砂进行喷砂处理，将经过喷砂后的基体样块分别采用丙酮和无水乙醇进行超声波清洗各2次，每次15分钟，并迅速用高纯氮气吹干；
S2.按上述方法安装夹具，并将夹具与镀膜机连接；
S3.Ti离子注入的制备：制备前将镀膜机抽真空至真空度为1.0×10-4-5.0×10- 3Pa，真空腔温度升至400-500℃，占空比为85-90％，Ti离子注入：注入电压为8-15kV，束流强度为4-8mA，注入离子总剂量为1.0×1015-1.0×1016离子/m2；
S4.制备氮化钛涂层，具体步骤如下：(1)在溅射得到的Ti离子溅射层的表面沉积TiN涂层；(2)将离子镀基体偏压调至-350V，打开Ti靶电源，通入N2气流量为20-30sccm，Ti靶产生的Ti离子与N2气反应后，沉积到所述过层的表面，得到TiN沉积涂层；(3)沉积时，起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为2.0A，电压为24.2V；(4)沉积8小时TiN涂层；
S5.停弧，降温，取出叶片，完成所述叶片表面无渐变涂层的涂层制备(制备结果如图9所示)。
实施例3
与实施例2和实施例1不同的是，根据叶片大小不同，需要通过调整固定轴1和盖板支架2在上盖板3和下盖板4的相对位置，从而调整叶片安装空腔的体积大小，使不同体积大小的叶片需要喷涂的部位能够伸出卡接缝隙，以满足在叶片表面需要喷涂的部位制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的有/无渐变涂层时，本实施例通过以下方式实现：
我们在上顶板31上还设置有第一滑动固定槽312，第一滑动固定槽312与第四螺纹连接孔21和六角螺栓配合使用，使用时，通过将六角螺栓依次穿过第一滑动固定槽312和第四螺纹连接孔21，将盖板支架2与上盖板连接；所述的下底板41上还设置有第二滑动固定槽412，第二滑动固定槽412与第三螺纹连接孔135和六角螺栓配合使用，使用时，将六角螺栓依次穿过第二滑动固定槽412和第三螺纹连接孔135，实现将叶片固定轴1与下盖板4连接；本夹具的具体组装方式如下：
步骤一：首先利用六角螺栓依次穿过第五螺纹连接孔22和第一螺纹连接孔133，将叶片固定轴1与盖板支架2连接；然后将叶片固定轴1和盖板支架2连接，将需要制备渐变涂层的叶片(发动机或者涡轮机)的榫部卡接在榫部卡接槽131内，叶片固定好后，依次安装下盖板4和上盖板3，安装时注意使连接头13稳稳的安装在下盖板4和上盖板3中间的空间内；
步骤二：将固定轴1和盖板支架2在上盖板3和下盖板4形成空腔的相对位置粗略固定后，再根据施工要求，旋松穿过第一滑动固定槽312和第二滑动固定槽412，用于固定下盖板4和上盖板3的六角螺栓，使得固定轴1和盖板支架2在上盖板3和下盖板4形成空腔内可以左右移动，推动连接轴12，使得叶片需要制备涂层的位置完全伸出卡接缝隙，再重新旋紧六角螺栓，使得叶片固定轴1、盖板支架2、上盖板3和下盖板4之间的位置不发生变化；
步骤三：将法兰盘11与镀膜机通过螺栓连接，按照上述实施例1或实施例2所述选区制备涂层的方法(包括有渐变层制备方法和无渐变层制备方法)进行镀膜，在叶片表面制备出满足冲蚀和疲劳性能要求的有/无渐变层的涂层。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：包括叶片固定轴(1)、盖板支架(2)、上盖板(3)和下盖板(4)，叶片固定轴(1)与盖板支架(2)连接，上盖板(3)安装在盖板支架(2)的上端面上，下盖板(4)安装在叶片固定轴(1)的下端面上，且上盖板(3)与下盖板(4)错位卡合连接。
2.根据权利要求1所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的叶片固定轴(1)包括法兰盘(11)、连接轴(12)和连接头(13)，法兰盘(11)设置在叶片固定轴的左端，法兰盘(11)的右端设置有连接轴(12)，通过连接轴(12)将法兰盘(11)和连接头(13)连接；所述连接头(13)为U形结构，包括榫部卡接槽(131)、卡接凸起(132)、第一螺纹连接孔(133)、第二螺纹连接孔(134)和第三螺纹连接孔(135)，榫部卡接槽(131)设置在连接头(13)的中间，在榫部卡接槽(131)外部的上、下两端均设置有卡接凸起(132)对叶片榫部进行限位，且在上部卡接凸起上对称设置有第二螺纹连接孔(134)，下部卡接凸起上对称设置有第三螺纹连接孔(135)，所述第一螺纹连接孔(133)设置对称在榫部卡接槽(131)上部的连接头侧壁上，且贯穿侧壁。
3.根据权利要求2所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的盖板支架(2)为U型槽结构，且在盖板支架(2)上、下两端U形槽侧壁上分别设置有第四螺纹连接孔(21)和第五螺纹连接孔(22)，所述第五螺纹连接孔(22)与第一螺纹连接孔(133)配合使用。
4.根据权利要求3所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的上盖板(3)包括上顶板(31)、上左立板(32)、上左挡板(33)、上右立板(34)、上端盖(35)和上前挡板(36)，上顶板(31)为上盖板(3)的顶板，上左立板(32)设置在上顶板(31)的左侧，上左挡板(33)设置在上顶板(31)的前端左侧部，上右立板(34)设置在上顶板(31)的右侧，所述上端盖(35)为倒三角形，设置在上顶板(31)的后端，上前挡板(36)设置在上顶板(31)的前端，与上左挡板(33)连接。
5.根据权利要求4所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的下盖板(4)包括下底板(41)、下右立板(42)、下右挡板(43)、下左立板(44)、下端盖(45)和下前挡板(46)，下底板(41)为下盖板(4)的底板，下右立板(42)设置在下底板(41)的右侧，与上右立板(44)配合错位卡接，下右挡板(43)设置在下底板(41)的前端右侧部，与上左挡板(33)配合使用，对叶片固定轴(1)进行限位，下左立板(44)设置在下底板(41)的左侧，与上左立板(32)配合错位卡接，所述下端盖(45)为三角形，设置在下底板(41)的后端，下前挡板(46)设置在下底板(41)的前端，与下右挡板(43)连接。
6.根据权利要求5所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的上顶板(31)上设置有第一固定连接孔(311)和第一滑动固定槽(312)，第一固定连接孔(311)与第四螺纹连接孔(21)配合使用，第一滑动固定槽(312)与第四螺纹连接孔(21)和六角螺栓配合使用，将盖板支架(2)与上盖板(3)连接；所述下底板(41)上设置有第二固定连接孔(411)和第二滑动固定槽(412)，第二固定连接孔(411)与第三螺纹连接孔(135)配合使用，第二滑动固定槽(412)与第三螺纹连接孔(135)和六角螺栓配合使用。
7.根据权利要求5所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的上左立板(32)和下右立板(42)、上右立板(34)和下左立板(44)上均对应设置有第三滑动固定槽(341)，对上左立板(32)和下右立板(42)、上右立板(34)和下左立板(44)进行错位固定。
8.根据权利要求5所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具，其特征在于：所述的上端盖(35)上设置有弧形凹槽(351)和第一叶片限位凹槽(352)，弧形凹槽(351)为倒三角形的斜边，第一叶片限位凹槽(352)设置在弧形凹槽(351)的下端；所述下端盖(45)上设置有弧形凸起(451)和第二叶片限位凹槽(452)，弧形凸起(451)为三角形的斜边，第二叶片限位凹槽(452)设置在弧形凸起(451)的上端；所述弧形凹槽(351)和弧形凸起(451)配合使用，形成用于卡接叶片前端部的卡接缝隙，且弧形凹槽(351)和弧形凸起(451)的弧度与叶片前端部的弧度相同；所述第一叶片限位凹槽(352)与第二叶片限位凹槽(452)配合使用，对卡接叶片前端部的上下两侧部进行卡接。
9.使用权利要求1所述的用于叶片表面选区制备涂层的夹具选区制备叶片表面涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.预处理：对叶片镀膜区用70μm细砂进行喷砂处理，将经过喷砂后的叶片分别采用丙酮和无水乙醇进行超声波清洗各2次，每次15分钟，并迅速用高纯氮气吹干；
S2.利用六角螺丝将叶片固定轴和盖板支架连接，再将经步骤S1处理过的叶片榫部卡接在榫部卡接槽中，分别安装上盖板和下盖板，安装时，根据叶片镀膜区的位置，调整固定轴与上盖板和下盖板的相对位置，使得叶片镀膜区可以完全卡接缝隙外，将叶片固定轴与镀膜机通过螺栓连接，进行镀膜；
S3.Ti离子注入的制备：制备前将镀膜机抽真空至真空度为1.0×10-4-5.0×10-3Pa，真空腔温度升至400-500℃；Ti离子注入：注入电压为8-15kV，束流强度为4-8mA，注入离子总剂量为1.0×1015-1.0×1016离子/m2；
S4.制备氮化钛涂层，具体步骤如下：(1)在溅射得到的Ti离子溅射层的表面沉积TiN涂层；(2)将离子镀基体偏压调至-350V，打开Ti靶电源，通入N2气流量为20-30sccm，Ti靶产生的Ti离子与N2气反应后，沉积到所述过层的表面，得到TiN沉积涂层；(3)沉积时，起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为2.0A，电压为24.2V；(4)沉积8小时TiN涂层；
S5.停弧，降温，取出叶片，完成所述叶片表面无渐变涂层的涂层制备。
10.根据权利要求9所述的选区制备叶片表面涂层的方法，其特征在于：在所述步骤S3与步骤S5之间还可设置过渡层的制备过程，其具体过程如下：
过渡层的制备：
(1)将所述磁过滤离子注入复合镀膜机的基体偏压依次调至-800V、-600V、-400V，并在各偏压下分别进行Ti离子溅射；
(2)打开Ti靶，设定起弧电流为110-120mA，磁过滤电流为3.0A，电压为24.2V；
(3)各基体偏压下的溅射时间均为30s-120s；
(4)在注入Ti离子的基体表面得到厚度为150nm-600nm的Ti离子溅射层；
完成所述叶片表面有渐变涂层的涂层制备。
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