抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及表面技术领域，尤其有关于一种抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘 效应的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，超硬耐磨氮化物涂层在刀具和模具上得到了广泛应用，且随着航空工业的 发展运类涂层已经成为压气机叶片的耐冲蚀和防腐蚀涂层，可W为压气机叶片提高2~3倍 的使用寿命。运些超硬膜层大部分是通过电弧蒸发技术或磁控瓣射沉积形成的，由于电弧 蒸发技术或磁控瓣射沉积的绕射性W及沉积过程等离子体銷层的复杂作用，往往沉积的工 件都是形状结构相对简单的刀具及模具，即使运样由于沉积过程中边缘效应的存在，在某 些工件的边缘部位和尖端部位涂层的均匀性也很难保证。过去往往通过降低偏压或者缩短 沉积时间的方法来保证涂层的沉积均匀性，而降低偏压会导致涂层结合力受到影响，从而 影响整体涂层的质量。而叶片边缘特别是叶尖部分是冲蚀破坏最为严重的部位，因此也是 最需要涂层保护的部位。因此如何消除边缘效应的影响，解决叶片涂层边缘脱落的问题是 非常重要的工程问题。
[0003] 叶片耐冲蚀涂层制备过程中叶片制备处于高度离子化的气氛中，在涂层沉积过程 中叶片周围会形成等离子体銷层，离子进入銷层，并被銷层加速后沉积在叶片基体上。因此 等离子銷层的能量及分布对涂层的质量有重要影响。在叶片两端附近的一定区域里，受边 缘效应的影响，电势迅速降低，电力线分布由稀疏向紧密变化。叶片上的电场分布是影响等 离子体銷层厚度的重要因素。銷层厚度随着偏压降低而变大。当衬底施加约为-100V的负偏 压时，叶片内部銷层的厚度仅为几百微米，銷层很薄，电流密度较小，进入銷层的离子将运 动到叶片表面。而由于边缘效应的影响，边缘处可达到五倍W上的负偏压，銷层厚度迅速增 加到几毫米，电场强度迅速增加，即使降低偏压也不能消除沉积过程中的不均性，且会造成 结合力的迅速下降。更为严重的是边缘部位迅速增加的强电流密度会使边缘的溫度急剧升 高，控制不当甚至会将边缘烧坏。
[0004] 因此，有必要提供一种新的方法，来克服上述缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法，通过 在叶片沉积时，于叶片两旁布置辅助同电势电极片W抑制叶片的边缘效应，实现叶片边缘 部位涂层结合力W及涂层厚度均匀性的目的。
[0006] 本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0007] 本发明提供一种抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法，其包括如下步 骤：
[0008] a)布置电极片:在叶片的外边缘设置电极片，所述电极片与所述叶片的外边缘具 有一距离；
[0009] b)叶片装卡:将所述叶片及所述电极片放入真空室内，所述真空室内设置有电弧 祀，所述真空室内填充有第一气体；
[0010] C)沉积耐冲蚀涂层:对所述叶片及所述电极片通入第一偏压，对所述电弧祀通入 第一电流，所述电弧祀分离出金属离子，所述第一气体分离出第一离子，所述金属离子与所 述第一离子结合后沉积于所述叶片的外表面。
[0011] 在优选的实施方式中，在所述步骤b)与所述步骤C)之间包括离子清洗步骤:在所 述真空室内通入氣气，开启气体离子源，所述氣气分离出氣离子后，通过所述氣离子对所述 叶片的外表面进行清洗。
[0012] 在优选的实施方式中，在所述离子清洗步骤中，通入所述真空室内的所述氣气的 流量为lOOsccm~200sccm，所述真空室内的压强为O.lPa~0.3Pa。
[0013] 在优选的实施方式中，在所述离子清洗步骤中，所述离子清洗时间为30min~ 60min。
[0014] 在优选的实施方式中，在所述步骤a)之前包括对所述叶片的外表面进行抛光的步 骤:将所述叶片表面抛光至粗糖度0.8W下，并将抛光后的所述叶片放入超声波用丙酬液中 进行清洗。
[0015] 在优选的实施方式中，所述第一气体为氮气。
[0016] 在优选的实施方式中，在所述步骤C)中，通入所述第一气体的流量为lOOsccm~ 400sccm，所述真空室内的压强为0.3Pa~0.6Pa。
[0017] 在优选的实施方式中，在所述步骤C)中，所述第一偏压为-100V~-200V，所述第一 电流为100A~160A。
[0018] 在优选的实施方式中，在所述步骤C)中，沉积耐冲蚀涂层的时间为2~6小时。
[0019] 在优选的实施方式中，在所述步骤C)中，将所述叶片及所述电极片连接于一底座， 对所述底座通入所述第一偏压。
[0020] 本发明的抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法的特点及优点是:本发 明提出了一种通过在叶片外表面沉积耐冲蚀层时，于叶片两旁布置辅助同电势电极片W抑 制边缘效应，实现边缘部位涂层结合力W及涂层厚度均匀性的方法。该电极片与叶片边缘 的距离可根据相应的銷层厚度确定。在叶片两侧增加辅助电极片，由于电极片与叶片电势 相同，当两者同时浸没在等离子体中时，辅助电极片与叶片边缘处等离子銷层接近或达到 重叠距离时，两者的銷层互相影响，从而使叶片边缘的銷层变薄，与内部达到或接近相同状 态，从而保证边缘处电势场的均匀性，从而保证涂层结合力力及沉积厚度的均匀性。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其他 的附图。
[0022] 图1为本发明的抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法的流程图。
[0023] 图2为本发明的抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法的叶片与电极片 装卡的结构示意图。
[0024] 图3为本发明的抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法的叶片外表面的 电场分布示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 如图1所示，本发明提供了一种抑制叶片耐冲蚀涂层制备过程中边缘效应的方法， 其包括如下步骤：
[0027] a)布置电极片1:在叶片2的外边缘设置电极片1，所述电极片1与所述叶片2的外边 缘具有一距离D;
[0028] b)叶片2装卡:将所述叶片2及所述电极片1放入真空室3内，所述真空室3内设置有 电弧祀31，所述真空室3内填充有第一气体32;
[0029] C)沉积耐冲蚀涂层:对所述叶片2及所述电极片1通入第一偏压，对所述电弧祀31 通入第一电流，所述电弧勒131分离出金属离子，所述第一气体分离出第一离子，所述金属离 子与所述第一离子结合后沉积于所述叶片2的外表面。
[0030] 具体是，如图2所示，在步骤a)中，首先将叶片2的底部安装于一禅头4上，该禅头4 与一底座5相连接并具有良好的电接触；电极片1布置于叶片2的外边缘，且该电极片1的外 形轮廓与叶片2的外边缘轮廓相同，即电极片1包裹于叶片2的外周，该电极片1的两自由端 通过金属螺栓51连接于该底座5上，该电极片1与叶片2的外边缘具有一距离D。
[0031 ]在步骤b)中，将底座5、禅头4及连接其上的叶片2和电极片1放入一真空室3内，在 本发明中，该真空室3内设有一电弧祀31，且真空室3内填充有第一气体32,在本实施例中， 该第一气体32为氮气。当然，在其他的实施例中，该第一气体32可根据实际沉积于叶片2外 表面的耐冲蚀涂层的性能需求选择其他气体，在此不做限制。
[0032] 在步骤C)中，对底座5通入第一偏压，也即对叶片2和电极片1通入第一偏压，同时， 对电弧勒131通入第一电流，所述电弧勒