CN114807843A - 一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法 - Google Patents

一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发动机涡轮工作叶片热障涂层技术领域，尤其涉及一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法，包括保护罩和防护定位盒，所述保护罩的型面与叶片型面一致，所述保护罩和防护定位盒均套设于叶片外侧；使用时，防护定位盒的开口与保护罩的开口相对，且防护定位盒与保护罩连接。本发明一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具结构简单，配件少，使用时，仅需将保护罩和防护定位盒套设于外侧即可，易于产品加工和拆装，并能够根据工作叶片尺寸进行工装尺寸的匹配设计。

Description

一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法
技术领域
本发明涉及发动机涡轮工作叶片热障涂层技术领域，具体为一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法。
背景技术
目前，由于EB-PVD具有涂层与基体结合强度高、可得到柱状晶组织、涂层化学成分易于精确控制等优点，已经广泛应用于多种涡轮叶片高温防护涂层的制备加工，显著提高了涡轮叶片的抗高温氧化和抗腐蚀性能、隔热性能，延长了发动机工作寿命。
EB-PVD技术在沉积涂层后，会造成涡轮工作叶片的重量增加，涡轮工作叶片在发动机使用过程中承受高速、高温、高压的使用环境，每增加1g重量，将严重影响涡轮工作叶片的服役稳定性和可靠性，因此需开展非必要涂层区的遮蔽处理，以达到涡轮工作叶片涂层工艺的重量控制。
专利号为ZL201320650842.2的实用新型公开了：所述夹具包括芯轴、两个圆盘、叶片家具盒和挡板，所述两个圆盘平行设置，所述芯轴叶片夹具盒固定在所属圆盘上，涡轮叶片安装在所述叶片夹具盒上，所述挡板遮挡所述涡轮叶片的非涂覆区域，所述挡板与所述涡轮叶片型面紧密贴合，所述挡板边缘进行倒角处理。专利号为ZL201420107224.8的专利公开了一种涡轮工作叶片涂层制备用保护工装，保护工装由工装夹持杆、上缘板夹具、下缘板夹具组成；涡轮叶片安装在上缘夹具和下缘板夹具中间。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具及使用方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，包括保护罩和防护定位盒，所述保护罩的型面与叶片型面一致，所述保护罩和防护定位盒均套设于叶片外侧；使用时，防护定位盒的开口与保护罩的开口相对，且防护定位盒与保护罩连接。
优选的，所述防护定位盒外侧设有拉杆和紧固螺栓，所述拉杆位于防护定位盒的底部，所述紧固螺栓位于防护定位盒的侧壁，所述拉杆和紧固螺栓均用于固定叶片。
优选的，所述紧固螺栓贯穿防护定位盒侧壁与叶片抵紧。
优选的，所述防护定位盒的底部设有紧固螺母，所述拉杆与紧固螺母螺纹连接，所述拉杆穿出紧固螺母的端部抵接于防护定位盒底部。
优选的，所述防护定位盒与保护罩之间设有悬臂，所述悬臂的一端与防护定位盒连接，另一端与保护罩外壁连接。
优选的，所述悬臂靠近保护罩的一端设有悬臂连接螺母。
优选的，所述悬臂上设有贴合紧固件，所述贴合紧固件通过悬臂连接螺母与保护罩外壁抵接。
优选的，所述保护罩外侧设有限位卡槽；使用时，所述贴合紧固件贯穿悬臂连接螺母，且穿出悬臂连接螺母的一端位于限位卡槽中。
优选的，所述限位卡槽呈凹陷状。
一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具的使用方法，采用涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，包括以下步骤：
S1，将保护罩套设于叶片外侧；
S2，将防护定位盒的开口与保护罩的开口相对，并将叶片与防护定位盒进行连接，完成叶片的固定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具结构简单，配件少，使用时，仅需将保护罩和防护定位盒套设于外侧即可，通过调节保护罩套入叶片的纵向深度，可以实现叶片表面涂层涂覆部位的有效控制，进而实现涡轮工作叶片涂层工艺重量控制。
其次，该防护卡具易于产品加工和拆装，并能够根据工作叶片尺寸进行工装尺寸的匹配设计，防护卡具轴向和径向尺寸小，与叶片贴合紧密，重量轻，不会影响涂层涂覆时零件表面的受热情况，也不会造成涂层涂覆时的物理遮蔽问题，不会影响涡轮工作叶片EB-PVD涂覆涂层时的装炉量，不会影响涂层产品质量和结合力。
该结构设计简单，制造成本较低，不会因工装卡具的应用造成涂层制造成本的提高，且操作简便，易于工程化应用。
进一步的，紧固螺母就可以加强拉杆与防护盒之间的紧密连接。
进一步的，保护罩的型面与叶片型面一致是为了更好地实现保护罩与零件的紧密贴合。
进一步的，限位卡槽可以防止保护罩受热后出现的松动问题
本发明通过分析工作叶片型面特点及叶身局部涂覆涂层的设计要求，并结合EB-PVD设备的工作原理，得到涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，可以根据工作叶片尺寸及设计涂层区域要求，对非涂层涂覆区进行有效遮蔽，进而达到涡轮工作叶片涂覆涂层时，涂层增重量降低30％以上
附图说明
图1为本发明装置装配组合图；
图2为本发明装置防护定位盒三维图；
图3为本发明装置防护定位盒正视图；
图4为本发明装置防护定位盒俯视图；
图5为本发明装置保护罩三维图；
图6为本发明装置保护罩装配后叶盆面正视图；
图7为本发明装置保护罩装配后叶背面正视图；
图8为涂覆后叶片的示意图。
图中，1、保护罩；2、悬臂连接螺母；3、贴合紧固件；4、悬臂；5、防护定位盒；6、拉杆；7、紧固螺母；8、叶片；9、限位卡槽；10、紧固螺栓。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，参照图1，包括保护罩1和防护定位盒5，保护罩1的型面与叶片8型面一致，保护罩1套和防护定位盒5均设于叶片8外侧。
参照图2、3、4，防护定位盒5外侧设有拉杆6和紧固螺栓10，拉杆6位于防护定位盒5的底部，防护定位盒5的底部设有紧固螺母7，拉杆6与紧固螺母7螺纹连接，拉杆6贯穿紧固螺母7，且穿出紧固螺母7的端部抵接于防护定位盒5底部。
紧固螺栓10位于防护定位盒5的侧壁，紧固螺栓10贯穿防护定位盒5侧壁与叶片8抵紧，拉杆6和紧固螺栓10均用于固定叶片8。
防护定位盒5与保护罩1之间设有悬臂4，悬臂4的一端通过螺栓与防护定位盒5固定连接，另一端与保护罩1外壁连接。
参照图5，悬臂4靠近保护罩1的一端设有一体成型的悬臂连接螺母2，贴合紧固件3通过悬臂连接螺母2与保护罩1外壁抵接，贴合紧固件3与悬臂连接螺母2螺纹连接。
参照图6，保护罩1外侧设有凹陷状的限位卡槽9，本实施例中限位卡槽9呈圆形，使用时，贴合紧固件3位于限位卡槽9中。
一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具的使用方法，参照图6、7，包括以下步骤：
S1，将保护罩1利用贴合紧固件3套设于叶片8外侧，贴合紧固件3的端部抵紧于限位卡槽9中。
S2，将防护定位盒5的开口与保护罩1的开口相对，并将叶片8与防护定位盒5进行连接，完成叶片8的固定。
参照图6、7，通过调节保护罩1套入叶片8的纵向深度20～60mm之间，可以实现叶片8表面涂层涂覆部位的有效控制。
实施例1
步骤1，清洗和称重：利用丙酮作为清洗剂，将涡轮工作叶片8及防护卡具清洗干净，准备装夹。清洗是为了防止零件被污染，影响涂层结合力。对涂覆前的叶片8进行称重。
步骤2，装夹：根据该装置的安装步骤，将涡轮工作叶片8装入本发明装置内，且控制防护罩沿着叶片8纵向套入深度为60mm。
步骤3，涂覆涂层。
装炉：将装夹有涡轮工作叶片8的装置通过拉杆6与EB-PVD设备旋转轴连接，开启转动装置，检查旋转系统工作是否正常。
抽真空：对装载室、沉积室抽真空，通过伺服电机将叶片8送入沉积室，当真空度低于5×10-3Pa时，开始加热零件，当热电偶管内的热电偶温度达到工艺温度后，开始进行陶瓷料锭的加热，直至电流达到工艺大小后，开始沉积涂层。
沉积涂层：根据涂层厚度设计要求，通过控制蒸发陶瓷料锭的时间和陶瓷料锭消耗量，控制涂层的厚度。
冷却：将零件退至装载室，当零件真空冷至300℃以下，向装载室内充入空气，打开炉门取出涡轮工作叶片8及防护卡具。参照图8，卸掉防护卡具，得到涡轮工作叶片8涂层工艺重量控制的叶片8。
步骤4，称重：对带有涂层的叶片8进行重量测量，并与涂覆前的叶片8重量进行对比，计算得出增重约为5.5g，并记录在表1中。通过与未进行涂层工艺重量控制的叶片8增重(约9g)进行对比，实现重量有效控制量3.5g。
实施例2
步骤1，清洗和称重。
步骤2，装夹：根据该装置的安装步骤，将涡轮工作叶片8装入本发明装置内，且控制防护罩沿着叶片8纵向套入深度为40mm。
步骤3，涂覆涂层。与实施例1中的涂覆工艺相同。
步骤4，称重：对带有涂层的叶片8进行重量测量，并与涂覆前的叶片8重量进行对比，计算得出增重约为5.5g，并记录在表1中。通过与未进行涂层工艺重量控制的叶片8增重(约9g)进行对比，实现重量有效控制量3.5g。
实施例3
步骤1，清洗和称重。
步骤2，装夹：根据该装置的安装步骤，将涡轮工作叶片8装入本发明装置内，且控制防护罩沿着叶片8纵向套入深度为20mm。
步骤3，涂覆涂层。与实施例1中的涂覆工艺相同。
步骤4，称重：对带有涂层的叶片8进行重量测量，并与涂覆前零件重量进行对比，计算得出增重约为7.8g，并记录在表1中。通过与未进行涂层工艺重量控制的叶片8增重(约9g)进行对比，实现重量有效控制量1.2g。
表1叶片重量对比表
实施例1 实施例2 实施例3 未使用防护卡具
增重数值/g 5.5 6.2 7.8 9

Claims (10)

1.一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，包括保护罩(1)和防护定位盒(5)，所述保护罩(1)的型面与叶片(8)型面一致，所述保护罩(1)和防护定位盒(5)均套设于叶片(8)外侧；使用时，所述防护定位盒(5)的开口与保护罩(1)的开口相对，且防护定位盒(5)与保护罩(1)连接。
2.根据权利要求1所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述防护定位盒(5)外侧设有拉杆(6)和紧固螺栓(10)，所述拉杆(6)位于防护定位盒(5)的底部，所述紧固螺栓(10)位于防护定位盒(5)的侧壁，所述拉杆(6)和紧固螺栓(10)均用于固定叶片(8)。
3.根据权利要求2所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述紧固螺栓(10)贯穿防护定位盒(5)侧壁与叶片(8)抵紧。
4.根据权利要求2所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述防护定位盒(5)的底部设有紧固螺母(7)，所述拉杆(6)与紧固螺母(7)螺纹连接，所述拉杆(6)穿出紧固螺母(7)的端部抵接于防护定位盒(5)底部。
5.根据权利要求1所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述防护定位盒(5)与保护罩(1)之间设有悬臂(4)，所述悬臂(4)的一端与防护定位盒(5)连接，另一端与保护罩(1)外壁连接。
6.根据权利要求5所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述悬臂(4)靠近保护罩(1)的一端设有悬臂连接螺母(2)。
7.根据权利要求6所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述悬臂(4)上设有贴合紧固件(3)，所述贴合紧固件(3)通过悬臂连接螺母(2)与保护罩(1)外壁抵接。
8.根据权利要求7所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述保护罩(1)外侧设有限位卡槽(9)；使用时，所述贴合紧固件(3)贯穿悬臂连接螺母(2)，且穿出悬臂连接螺母(2)的一端位于限位卡槽(9)中。
9.根据权利要求8所述的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，所述限位卡槽(9)呈凹陷状。
10.一种涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具的使用方法，采用权利要求1～9任一项的涡轮工作叶片涂层工艺重量控制防护卡具，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将保护罩(1)套设于叶片(8)外侧；
S2，将防护定位盒(5)的开口与保护罩(1)的开口相对，并将叶片(8)与防护定位盒(5)进行连接，完成叶片(8)的固定。
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