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真空電弧鍍沉積涂層及性能
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佳達

時間 : 2020-08-25 21:53 瀏覽量 : 19

 現代先進航空發動機要求高性能、長壽命、低成本,為了提高發動機的推重比和性能,其熱端部件的使用溫度越來越高,熱端部件的腐蝕與防護是高性能發動機研制的重要關鍵技術之一。熱端部件材料通常是在高溫,高轉速及復雜應力作用下工作,不但要具有較好的高溫強度,較高的蠕變持久性能,疲勞性能及優異的組織穩定性,還要求材料具有較好的抗高溫氧化及抗熱腐蝕性能。這些部件通常用Fe、Ni或Co基合金材料制造,采用W、Mo、Ta、Re等作為強化元素,在高溫燃氣環境中工作時熱端部件表面出現氧化和腐蝕現象是不可避免的,災難性氧化和腐蝕一旦出現就會使材料直接受到損傷而導致機械性能急劇下降,因此,國內外目前解決的手段主要是采用涂層技術,包括:鋁化物涂層技術、包覆型涂層技術及熱障涂層技術,提高材料的抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能,延長零件的使用壽命。傳統的鋁化物涂層的制備工藝一般采用粉末包埋滲、料漿滲、氣相循環滲及化學氣相沉積等,而本項目采用的是真空電弧鍍工藝,用該工藝得到的合金化鋁化物擴散型涂層具有厚度、元素和相組成可精密控制的優點并具有準確的重復性,涂層具有優良的組織穩定性及高溫防護性能。

 實驗方法

 試驗設備及材料涂層沉積設備采用單靶真空電弧鍍裝置,一個涂層材料陰極靶在真空室中心位置,24個工位均勻分布在陰極周圍,工作時,工件既可公轉,也可以自轉,從而確保涂鍍時各工件涂圖1真空電弧鍍裝置.Schematicmapof-1AIPequipment層厚度的一致性。涂層材料為空心圓柱靶材。該工藝是根據場致發射原理在真空室中自持弧光放電,將陰極材料(涂層材料制成)蒸發沉積在工件表面形成涂層。當觸發電極在陰極表面引發電弧放電時,接近陰極表面形成105V/cm以上強電場的等離子體正空間電荷鞘層,陰極位降區非常窄,當場強105V/cm~108V/cm時發生擊穿,產生高電流密度的場致發射,維持弧光放電繼續進行。陰極升降機構是靶整體升降,電磁體固定。涂層擴散裝置采用真空擴散爐。試驗材料采用某型發動機渦輪工作葉片材料K465高溫合金,高溫氧化、抗腐蝕試樣尺寸30mm10mm1.5mm。陰極靶材作為HY7涂層材料源,由Al-Y-Si制成,其靶材的名義成分為(wt%):Y(1%~5%),Si(4%~10%),Al(余量)。

 涂層制備首先進行前處理,過程包括基材表面活化,超聲波清洗、脫水烘干,離子清洗、加熱。然后進行涂層沉積,由于工藝參數(包括工作弧流、工件偏壓等)是影響涂層沉積速率和涂層表面質量的主要因素,通過大量試驗研究,選擇沉積工藝參數為電弧電流500A、工件偏壓-20V、工作壓強<6.6710-3Pa。最后進行涂層擴散處理,擴散制度為1050保溫2h。

 實驗方法涂層顯微硬度分析參照HB5340“航空用貴金屬及其合金顯微維氏硬度試驗方法”進行,測定試樣截面硬度及硬度分布;按HB5258“鋼及高溫合金的抗氧化性測定試驗方法”進行1100循環氧化試驗,測定材料和涂層氧化壽命;按HB7740“燃氣熱腐蝕試驗方法”進行900熱腐蝕試驗,測定材料和涂層腐蝕速率;熱沖擊試驗試驗方法為1100爐中保溫5min,出爐空冷5min一個循環,共進行1000個循環觀察涂層熱態結合狀態。


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