RU2765136C1 - Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке - Google Patents
Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765136C1 RU2765136C1 RU2021108550A RU2021108550A RU2765136C1 RU 2765136 C1 RU2765136 C1 RU 2765136C1 RU 2021108550 A RU2021108550 A RU 2021108550A RU 2021108550 A RU2021108550 A RU 2021108550A RU 2765136 C1 RU2765136 C1 RU 2765136C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- thickness
- control sample
- spraying
- weight gain
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
- G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к области методов контроля толщины покрытий в установках электронно-лучевого испарения. Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики заключается в определении толщины напыляемого покрытия по контрольному образцу, размещенному в одной камере с лопатками. Перед началом рабочего напыления экспериментальным путем при заданных скорости напыления и температуре лопаток определяют зависимость толщины напыленного на лопатки слоя от привеса на контрольном образце и строят градуировочный график. В течение всего цикла рабочего напыления непрерывно контролируют скорость напыления, температуру нагрева лопаток, а также привес на контрольном образце. Останавливают процесс напыления при достижении привеса на контрольном образце, соответствующем по заранее построенному градуировочному графику требуемой толщине напыленного слоя на лопатках. Изобретение позволяет повысить точность измерения толщины напыляемого слоя керамики на лопатках, а соответственно, повысить качество продукции, снизить количество лопаток с недопыленным или перепыленным слоем керамики, идущих на переподготовку и перенапыление. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к области методов контроля толщины покрытий в установках электронно-лучевого испарения.
Широко применяемым способом нанесения покрытия является метод электронно-лучевого испарения реагента и последующей конденсации его в вакууме. Электронно-лучевое испарение в вакууме сопровождается возникновением различного рода нестабильностей, которые приводят к изменению скорости испарения рабочего реагента и, следовательно, к отклонению толщины покрытия от заданного значения и неравномерности получаемых свойств. Существенная нестабильность процесса нанесения покрытия возникает при измерении температурного поля в камере испарения и вакуумного осаждения. Поэтому необходим постоянный контроль толщины напыляемого покрытия.
Одним из методов контроля толщины напыляемого слоя является измерение толщины покрытия контрольного образца. Для этого необходимо максимально приблизить условия осаждения на контрольном образце к условиям осаждения на покрываемых деталях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ непрерывного контроля толщины покрытий при их напылении на детали, описанный в авторском свидетельстве SU 1415041 (кл. G01B 7/06, 15.09.1986). Известный способ заключается в определении толщины покрытия по контрольному образцу.
Однако известный способ нельзя использовать на установке напыления теплозащитного покрытия методом электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме, т.к. материал покрытия является неэлектропроводным - это керамика.
Задачей изобретения является повышение качества покрытия лопаток и стабилизация их конструктивных свойств.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение точности измерения толщины напыляемого слоя керамики на лопатках, а соответственно, повышение качества продукции, снижение количества лопаток с недопыленным или перепыленным слоем керамики, идущих на переподготовку и перенапыление.
Технический результат изобретения достигается тем, что в предложенном способе непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке определяют толщину напыляемого покрытия по контрольному образцу, размещенному в одной камере с лопатками. Перед началом рабочего напыления экспериментальным путем при заданных скорости напыления и температуре лопаток определяют зависимость толщины напыленного на лопатки слоя от привеса на контрольном образце и строят градуировочный график, в течение всего цикла рабочего напыления непрерывно контролируют скорость напыления, температуру нагрева лопаток, а также привес на контрольном образце, останавливают процесс напыления при достижении привеса на контрольном образце, соответствующего по заранее построенному градуировочному графику требуемой толщине напыленного слоя на лопатках. Перед началом рабочего напыления экспериментальным путем определяют зависимость привеса на контрольном образце от времени напыления покрытия на лопатки, при этом в ходе рабочего напыления контролируют скорость напыления по ранее определенной зависимости привеса на контрольном образце от времени напыления. Привес на контрольном образце определяют при помощи устройства для непрерывного контроля веса покрытия, состоящего из электромагнита, который с помощью пружины и удерживающего устройства постоянно удерживает контрольный образец в положении над крюком тензодатчика, установленного на виброгасящих демпферах.
Сущность изобретения поясняется следующими материалами.
На фиг. 1 - схема установки напыления теплозащитного покрытия методом электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме.
На фиг. 2 - устройство для непрерывного контроля веса покрытия при напылении на лопатки.
На фиг. 3 - градуировочный график зависимости толщины напыляемой на лопатки керамики от привеса на контрольном образце и зависимости привеса на контрольном образце от времени напыления при заданной температуре и скорости напыления.
Табл. 1 - результаты процесса напыления керамики на лопатки при условиях, описанных в примере реализации.
Установка напыления теплозащитного покрытия (фиг. 1) содержит камеру напыления 1 с устанавливаемой в нее рабочей кассетой напыления лопаток 3, устройство герметичной подачи реагента 5 (является частью камеры напыления 1) и аксиальную электронно-лучевую пушку, установленную в вакуумную нагревательную камеру. Для контроля толщины напыляемого на лопатки слоя покрытия установка дополнительно снабжена устройством для непрерывного контроля веса покрытия при напылении на лопатки (фиг. 2), состоящего из измерительной и аналитической частей.
Аналитическая часть установлена в доступном и удобном для оператора месте с целью контроля показаний и управления устройством для непрерывного контроля веса покрытия, а измерительная часть помещена в вакуумную камеру 2, являющейся частью камеры напыления 1.
Измерительная часть состоит из тензодатчика (тензометрического датчика) 8, установленного на виброгасящих демпферах 14, для исключения влияния вибрации от работы вакуумных насосов на работу тензодатчика, электро-механического устройства снятия нагрузки с тензодатчика и контрольного образца 7, расположенного в камере напыления лопаток 1 и улавливающей частицы испаренной керамики, за счет чего и происходит изменение ее массы. Тензодатчик 8 представляет собой упругую конструкцию U-образного типа с прикрепленным на ней тензорезистором и предназначен для измерения деформации тензорезистивным способом. Электро-механическое устройство содержит электромагнит 10, который с помощью пружины 11 и удерживающего устройства 13, постоянно удерживает контрольный образец 7 в положении над крюком 12 тензодатчика 8. Использование электро-механического устройства позволяет продлить срок службы тензодатчика, а также увеличить количество рабочих напылений с использованием одного контрольного образца.
Канал, соединяющий камеру 2 с камерой 1, закрыт пластиной с отверстием, через которое проходит стержень соединяющий электромагнит 10 с контрольным образцом 7. Установка тензодатчика 8, электромагнита 10 и пружины 11 в камере 2 позволяет исключить попадание испаряемых материалов на измерительную часть, увеличить срок службы тензодатчика и повысить точность измерения.
Аналитическая часть состоит из электронного прибора 9, который обрабатывает полученный с тензодатчика 8 сигнал, визуализирует его, и далее отправляет на регистрирующий прибор, с которого можно распечатать данные в виде зависимости изменения массы напыленной на контрольный образец керамики от времени.
Из-за влияния на процесс напыления множества факторов перед началом рабочего напыления на партию контрольных лопаток производят контрольное напыление для определения скорости конденсации и привеса керамики на контрольной лопатке и контрольном образце. На контрольной лопатке определяют толщину напыленного слоя методом металлографического исследования. После набора статистики строят градуировочные графики зависимости толщины напыляемой на лопатки керамики от привеса на контрольном образце при заданной температуре и скорости напыления (фиг. 3). На горизонтальной оси - значения привеса на контрольном образце, на вертикальной оси - толщина напыленного покрытия, заданная документацией.
Процесс напыления керамических материалов на рабочие лопатки турбины на установке напыления теплозащитного покрытия осуществляется следующим образом.
Электронный луч 6 от электронно-лучевой пушки испаряет реагент штабиков керамики в устройстве подачи реагента 5, а образуемые пары керамики осаждаются на лопатки, установленные во вращающуюся кассету 3, и на контрольный образец 7 весового устройства, прикрепленный к тензодатчику 8. При осаждении керамических материалов на контрольный образец 7 изменяется вес мишени и изменяется сопротивление тензодатчика 8, которое регистрируется микропроцессором 9 и выводится на дисплей.
Толщина напыляемого слоя регламентирована требованиями конструкторской документации с точностью ±15%. Прирост слоя контролируется по динамике изменения массы контрольного образца весового устройства. Контрольный образец 7 выполнен из немагнитного материала, в частности, нержавеющей стали или титана Ti (для облегчения веса самой мишени и увеличения диапазона взвешивания).
Тензодатчик 8 преимущественно находится в ненагруженном состоянии, что способствует продлению его срока службы. При непредвиденном отключении электропитания, устройство автоматически разорвет контакт между электро-механическим устройством и тензодатчиком 8, что сбережет последний от ненужных нагрузок.
В процессе напыления оператор на приборе следит за увеличением массы контрольного образца по показаниям тензодатчика 8, после чего по градуировочному графику (фиг. 3) определяет изменение толщины напыляемой на лопатки керамики в кассете 3.
К устройству для непрерывного контроля веса покрытия прилагается программное обеспечение для связи с персональным компьютером, что дает возможность распечатки данных, их обработки и ведение архива.
После окончания процесса напыления кассета с лопатками выгружается из камеры напыления 1, проверяется вес каждой лопатки. При отклонении веса от нормы в большую или меньшую сторону, лопатки зачищаются, и цикл напыления повторяется заново. Процедура очистки может быть применена к лопаткам однократно, после чего они переходят в брак.
Перед каждым последующим циклом напыления вес контрольного образца на электронном приборе 9 обнуляется. С одним контрольным образцом можно проводить до 30 циклов напыления, что значительно сокращает время напыления всей партии лопаток за счет сокращения времени контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в каждом цикле.
Пример реализации.
Требуется сформировать на поверхности лопаток газотурбинных двигателей теплозащитное покрытие на основе ZrO2 - 6…8 мас. % Y2O3 -остальное, толщиной 100…120 мкм.
В рабочую камеру устанавливают штабики керамики из ZrO2 - 6…8 мас. % Y2O3 - остальное. Рабочие кассеты с лопатками загружают в камеру 1. Установку герметизуют и вакуумируют до достижения степени вакуума 5*10-4 Па. Нагревают лопатки в камере напыления с помощью сканирования электронного луча электронно-лучевой пушки по поверхности лопаток до температуры 900°С.
Для достижения равномерного температурного поля на поверхности лопаток настраивают программатор изменением режима сканирования электронного луча электроннолучевой пушки по поверхности лопаток. Затем наносят покрытие на лопатки со скоростью 1 мкм/мин. Одновременно с напылением теплозащитного покрытия (керамики) на лопатки происходит напыление и на контрольный образец 7.
В таблице 1 отражены результаты данного процесса напыления. По градуировочному графику (фиг. 3) оператор определяет изменение толщины напыляемой на лопатки керамики в кассете и останавливает процесс при достижении требуемой массы привеса на контрольном образце, а следовательно, требуемой толщины керамики, напыляемой на рабочие лопатки.
Применение изобретения позволяет использовать устройство на электронно-лучевых установках для контроля привеса на лопатках, уменьшить отклонения по толщине покрытия, стабилизировать скорость нанесения покрытия, сформировать равномерную, идентичную стабильную структуру в виде слоя с одинаковыми физико-химическими свойствами по всей обрабатываемой поверхности детали.
Claims (3)
1. Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке, заключающийся в определении толщины напыляемого покрытия по контрольному образцу, размещенному в одной камере с лопатками, отличающийся тем, что перед началом рабочего напыления экспериментальным путем при заданных скорости напыления и температуре лопаток определяют зависимость толщины напыленного на лопатки слоя от привеса на контрольном образце и строят градуировочный график, в течение всего цикла рабочего напыления непрерывно контролируют скорость напыления, температуру нагрева лопаток, а также привес на контрольном образце, останавливают процесс напыления при достижении привеса на контрольном образце, соответствующего по заранее построенному градуировочному графику требуемой толщине напыленного слоя на лопатках.
2. Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке по п. 1, отличающийся тем, что перед началом рабочего напыления экспериментальным путем определяют зависимость привеса на контрольном образце от времени напыления покрытия на лопатки, при этом в ходе рабочего напыления контролируют скорость напыления по ранее определенной зависимости привеса на контрольном образце от времени напыления.
3. Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке по п. 1, отличающийся тем, что привес на контрольном образце определяют при помощи устройства для непрерывного контроля веса покрытия, состоящего из электромагнита, который с помощью пружины и удерживающего устройства постоянно удерживает контрольный образец в положении над крюком тензодатчика, установленного на виброгасящих демпферах.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021108550A RU2765136C1 (ru) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021108550A RU2765136C1 (ru) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765136C1 true RU2765136C1 (ru) | 2022-01-25 |
Family
ID=80445376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021108550A RU2765136C1 (ru) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765136C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1415041A1 (ru) * | 1986-09-15 | 1988-08-07 | Андроповский авиационный технологический институт | Способ непрерывного контрол толщины покрытий при их напылении и устройство дл его осуществлени |
| EP1074638A1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-02-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for coating an article |
| RU2691166C1 (ru) * | 2018-08-22 | 2019-06-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ нанесения защитных покрытий и устройство для его осуществления |
| CN111560584A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-21 | 江苏大学 | 一种航空发动机叶片高性能热障涂层及多工艺组合制备方法 |
-
2021
- 2021-03-30 RU RU2021108550A patent/RU2765136C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1415041A1 (ru) * | 1986-09-15 | 1988-08-07 | Андроповский авиационный технологический институт | Способ непрерывного контрол толщины покрытий при их напылении и устройство дл его осуществлени |
| EP1074638A1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-02-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for coating an article |
| RU2691166C1 (ru) * | 2018-08-22 | 2019-06-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ нанесения защитных покрытий и устройство для его осуществления |
| CN111560584A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-21 | 江苏大学 | 一种航空发动机叶片高性能热障涂层及多工艺组合制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6210744B1 (en) | Coating device and method for coating a component with a thermal barrier coating | |
| Lugscheider et al. | Mechanical properties of EB-PVD-thermal barrier coatings by nanoindentation | |
| Boyadzhiev et al. | Characterization of reactive sputtered TiO2 thin films for gas sensor applications | |
| RU2765136C1 (ru) | Способ непрерывного контроля толщины напыляемой на лопатки керамики в электронно-лучевой вакуумной установке | |
| Cyrklaff et al. | Evaporation during preparation of unsupported thin vitrified aqueous layers for cryo‐electron microscopy | |
| WO2021010415A1 (ja) | 機械学習方法、機械学習装置、機械学習プログラム、通信方法、及び成膜装置 | |
| Wei et al. | Anisotropic mechanical properties of plasma-sprayed thermal barrier coatings at high temperature determined by ultrasonic method | |
| RU2305142C2 (ru) | Способ ионной обработки поверхностного слоя металлического изделия и установка для его осуществления | |
| Fang et al. | Evolution of stress in evaporated silicon dioxide thin films | |
| Scheibe et al. | Tribological characterization of hard carbon films prepared by Laser-Arc evaporation | |
| Anderson et al. | Effect of isothermal heat treatment on plasma‐sprayed yttria‐stabilized zirconia studied by impedance spectroscopy | |
| JPS58167767A (ja) | 薄膜形成方法 | |
| Kirkopulo et al. | Design of a set of nonlinear control systems of the ARC PVD ion-plasma installation | |
| Kunze et al. | The densification of metal coated fibers: hot isostatic pressing experiments | |
| Thompson et al. | The stiffness of plasma sprayed zirconia top coats in TBCs | |
| Gregory et al. | A low TCR nanocomposite strain gage for high temperature aerospace applications | |
| Luchkin et al. | Plasma technologies application for building materials surface modification | |
| Emelyanov et al. | Application of the Piezoelectric Quartz Microweighting Method to Control the Evaporation Rate of the Active Substance of Impregnated Cathodes | |
| Rösemann et al. | Influence of the oxygen flow rate on gas flow sputtered thermal barrier coatings | |
| RU2753846C1 (ru) | Способ определения толщины покрытия | |
| US9090961B2 (en) | Magnetron sputtering process | |
| Stark et al. | Self-directed control of pulsed laser deposition | |
| Nuha et al. | The effect of spray time parameter of polystyrene towards quartz crystal microbalance (QCM) surface morphology by using ultrasonic atomization spray coating | |
| Ge et al. | Evaluation of microstructural evolution of nanostructured yttria-stabilized zirconia during sintering using impedance spectroscopy | |
| Zahradníček et al. | Modelling of Magnetron TiN Deposition Using the Design of Experiment |