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真空电弧镀沉积涂层及性能
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佳达

时间 : 2020-08-25 21:53 浏览量 : 1

 现代先进航空发动机要求高性能、长寿命、低成本,为了提高发动机的推重比和性能,其热端部件的使用温度越来越高,热端部件的腐蚀与防护是高性能发动机研制的重要关键技术之一。热端部件材料通常是在高温,高转速及复杂应力作用下工作,不但要具有较好的高温强度,较高的蠕变持久性能,疲劳性能及优异的组织稳定性,还要求材料具有较好的抗高温氧化及抗热腐蚀性能。这些部件通常用Fe、Ni或Co基合金材料制造,采用W、Mo、Ta、Re等作为强化元素,在高温燃气环境中工作时热端部件表面出现氧化和腐蚀现象是不可避免的,灾难性氧化和腐蚀一旦出现就会使材料直接受到损伤而导致机械性能急剧下降,因此,国内外目前解决的手段主要是采用涂层技术,包括:铝化物涂层技术、包覆型涂层技术及热障涂层技术,提高材料的抗高温氧化、抗热腐蚀性能,延长零件的使用寿命。传统的铝化物涂层的制备工艺一般采用粉末包埋渗、料浆渗、气相循环渗及化学气相沉积等,而本项目采用的是真空电弧镀工艺,用该工艺得到的合金化铝化物扩散型涂层具有厚度、元素和相组成可精密控制的优点并具有准确的重复性,涂层具有优良的组织稳定性及高温防护性能。

 实验方法

 试验设备及材料涂层沉积设备采用单靶真空电弧镀装置,一个涂层材料阴极靶在真空室中心位置,24个工位均匀分布在阴极周围,工作时,工件既可公转,也可以自转,从而确保涂镀时各工件涂图1真空电弧镀装置.Schematicmapof-1AIPequipment层厚度的一致性。涂层材料为空心圆柱靶材。该工艺是根据场致发射原理在真空室中自持弧光放电,将阴极材料(涂层材料制成)蒸发沉积在工件表面形成涂层。当触发电极在阴极表面引发电弧放电时,接近阴极表面形成105V/cm以上强电场的等离子体正空间电荷鞘层,阴极位降区非常窄,当场强105V/cm~108V/cm时发生击穿,产生高电流密度的场致发射,维持弧光放电继续进行。阴极升降机构是靶整体升降,电磁体固定。涂层扩散装置采用真空扩散炉。试验材料采用某型发动机涡轮工作叶片材料K465高温合金,高温氧化、抗腐蚀试样尺寸30mm10mm1.5mm。阴极靶材作为HY7涂层材料源,由Al-Y-Si制成,其靶材的名义成分为(wt%):Y(1%~5%),Si(4%~10%),Al(余量)。

 涂层制备首先进行前处理,过程包括基材表面活化,超声波清洗、脱水烘干,离子清洗、加热。然后进行涂层沉积,由于工艺参数(包括工作弧流、工件偏压等)是影响涂层沉积速率和涂层表面质量的主要因素,通过大量试验研究,选择沉积工艺参数为电弧电流500A、工件偏压-20V、工作压强<6.6710-3Pa。最后进行涂层扩散处理,扩散制度为1050保温2h。

 实验方法涂层显微硬度分析参照HB5340“航空用贵金属及其合金显微维氏硬度试验方法”进行,测定试样截面硬度及硬度分布;按HB5258“钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法”进行1100循环氧化试验,测定材料和涂层氧化寿命;按HB7740“燃气热腐蚀试验方法”进行900热腐蚀试验,测定材料和涂层腐蚀速率;热冲击试验试验方法为1100炉中保温5min,出炉空冷5min一个循环,共进行1000个循环观察涂层热态结合状态。


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