[发明专利]在旋转机械叶片表面制备多孔合金阻尼涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种在旋转机械叶片表面制备多孔合金阻尼涂层的方法。

背景技术

旋转机械的零部件，特别是如航空发动机各类叶片由振动引起的疲劳故障是亟待解决的重要技术难题。由于此类机械结构在修改结构或减轻外激励等方面受到限制，因此只有通过采取合理的被动减振方法来降低振动水平，涂层阻尼作为界面阻尼的一种主要方法是必然的选择。但现有技术是在零部件表面用粘贴橡胶或其它粘弹性材料来实现减振目的，这些材料多是一些有机树脂高分子聚合物，然而这些阻尼涂料环境稳定性差，使用温度范围窄，强度低，易老化、开裂和剥落，同时这类材料也存在着有毒、易燃、污染环境等缺点，因此严重影响了其性能的发挥和在实际零部件上的应用。

阻尼就是材料本身对能量的吸收和耗散作用，在涂层阻尼技术中不论哪种阻尼涂层都是围绕如何把受激振动能转化为其它形式的能（如热能、变形能等）而使系统尽快恢复到受激前的状态。对于金属材料来讲，涂层的内摩擦和其它微观机制诸如，微观裂纹的演变等均可提供能量耗散的机制。因此采用金属涂层就可以有效的解决上述问题。目前，国内外关于旋转机械叶片等薄壁构件涂层的研究多是集中于抗高温、抗热蚀的热障陶瓷涂层的研究，对于阻尼涂层的研究则非常少。目前为止，在旋转机械叶片表面采用多过滤阴极真空电弧沉积合金阻尼涂层制备方法尚未见报导。

发明内容

针对现有旋转机械叶片的阻尼涂层在技术上存在的上述问题，本发明提供一种在旋转机械叶片表面制备多孔合金阻尼涂层的方法，通过在旋转机械叶片表面沉积钛和镁铝合金，形成多孔合金阻尼涂层，提高旋转机械叶片的抗震性能。

本发明的在旋转机械叶片表面制备多孔合金阻尼涂层的方法按以下步骤进行：

1、采用旋转机械叶片为基体，清洗去除基体表面的油污和杂质，然后置于过滤电弧离子镀膜机的真空室内；

2、将真空室抽真空至压力≤9×10^-3Pa，再将基体预热至100~150℃；

3、向真空室通入氩气至压力在0.5~1 Pa，开启过滤电弧离子镀膜机，采用金属钛作为靶材，向基体表面沉积钛涂层，控制基体负偏压幅值为100~300V，偏压占空比60~80%，主弧电流40~80A，沉积时间10~30min，在基体表面沉积形成钛涂层；

4、采用镁铝合金为靶材，向钛涂层表面沉积镁铝合金涂层，控制基体负偏压幅值为200~400 V，偏压占空比10~30%，主弧电流25~35A，沉积时间1~3h，在基体表面为沉积形成镁铝合金涂层；

5、将基体随炉冷却至室温，在基体表面制成多孔合金阻尼涂层。

上述方法中，沉积钛涂层和镁铝合金涂层时，控制基体以3~10rpm的速度自转。

上述的钛涂层的厚度为1~2.5μm，镁铝合金涂层的厚度为20~25μm，多孔合金阻尼涂层的厚度为21~27.5μm。

上述的多孔合金阻尼涂层的弹性模量在20~80GPa。

上述方法中，沉积钛涂层和镁铝合金涂层时，控制稳弧电流2~3A，聚焦电流2~3A。

本发明的方法可在叶片表面形成均匀，结合力好的多孔合金阻尼涂层，多孔合金阻尼涂层后结构的动刚度增大，抗震能力增强，可有效地降低叶片的振动水平；该阻尼涂层具有良好的结合力，阻尼适用温度范围宽，且相对电子束蒸发物理气相沉积（EBPVD）等方法，制备过程中材料设备成本较低；另外采用本发明提供方法制备合金阻尼涂层还具备以下特点：基底预处理不破坏叶片表面结构；预热温度低对叶片材料结构特性影响小；涂层选用材料普遍，不受采购等条件制约。

附图说明

图1为本发明实施例1的多孔合金阻尼涂层的结构示意图；

图2为过滤电弧离子镀膜机的磁过滤电弧源分布位置示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为图2的俯视图；

图中，1、镁铝合金涂层，2、钛涂层，3、基体，4、1#磁过滤电弧源，5、2#磁过滤电弧源，6、3#磁过滤电弧源，7、4#磁过滤电弧源，8、5#磁过滤电弧源，9、6#磁过滤电弧源。

具体实施方式

本发明实施例中采用的过滤电弧离子镀膜机的型号为FMA90/80。

本发明实施例中采用的金属钛靶材的重量纯度≥99.99%。

本发明实施例中采用的镁铝合金为是市购产品，杂质含量≤0.01%。