[发明专利]长程微通道内壁TiO2涂层化学气相沉积装置及涂覆方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理及涂层技术领域，涉及长程微通道内壁TiO₂涂层化学气相沉积装置及涂覆方法。

背景技术

在将来可能涉及到的高速飞行中，需要通过主动冷却方案解决发动机的热管理问题，即，在燃料进入燃烧室前，首先在发动机的壁面流动，通过物理升温和化学裂解反应吸收发动机产生的废热。为了达到有效换热和充分冷却，需要燃料流经的冷却管道足够细，长度足够长，以确保燃料的温升足够高。在此过程中，燃料一方面发生高温裂解反应，一方面发生结焦积碳反应，尤其是基体材料的表面催化结焦，严重时可堵塞整个油路，带来安全隐患。

研究表明，一般的Fe基，Ni基等基体材料对燃料的结焦积碳具有较强的催化作用，会导致高温条件下的积碳大量生成。为抑制基体表面的金属催化结焦，国内外研究者进行了大量的研究工作。目前，抑制金属催化结焦的方法主要有四种：一是在线处理，即将基体表面清焦后，采用硫化氢、有机硫化物和有机磷化物中的一种或几种对将基体表面进行预处理；二是气氛处理，主要是对基体进行表面处理，以降低基体表面的铁、镍含量来抑制金属催化结焦；三是在基体表面形成金属合金层；四是在基体表面形成无机涂层。其中，在线处理需要在每次清焦后重新处理，工序较多，不利于工业应用；气氛处理方式则在基体表面形成的合金层较薄，容易破裂；合金层在经过工业试用后发现其抑制结焦作用不明显。因此，抑制金属催化结焦较为简便有效的方法是表面涂层技术，而如何在长程微通道的内壁进行表面涂层处理又成为关键问题。

目前，常用的涂层制备技术主要有物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶、热喷涂技术、电化学涂层等。这些工艺在工业中已经得到了很好的应用，如物理气相沉积在生物材料的制备，化学气相沉积在硬质合金刀具的处理，溶胶凝胶法在催化剂的生产，电化学涂层在表面抛光等方面都得到了很好的应用。但考虑到针对长程(0.6-1m)，微通道(内径2-4mm)的内壁涂层处理，现有的涂层装置和工艺难以满足要求，现有装置和沉积工艺仅能实现小型或大型工件的表面化学气相沉积，而对于管长1m，内径在1-4mm的样件的内壁涂覆尚无好的处理办法。

因此，只有化学气相沉积方法通过重新设计可能成为解决问题的方案。TiO₂涂层具有良好的导热性能，力学性能，抗氧化性能，热冲击抗性，结焦反应的催化惰性，与基体材料相近的热膨胀系数等优点，从而成为表面涂层处理的优选方案之一。因此，我们通过借鉴传统的化学气相沉积方法，针对异形长程微通道内壁涂层涂覆的特殊需求，通过重新设计化学气相沉积设备，开发新的涂层工艺和方法，从而最终实现了冷却通道表面的涂层处理技术。

发明内容

本发明的目的在于提供长程微通道内壁TiO₂涂层化学气相沉积涂覆方法，解决了针对长程(0.6-1m)，微通道(内径1-4mm)的内壁涂层处理，现有的涂层装置和工艺难以满足要求的问题。

本发明的另一个目的是提供进行长程微通道内壁TiO₂涂层化学气相沉积涂覆的装置。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：单管涂覆工件即样件的预处理：

对样件去除加工过程中的粉尘和微细杂质；

进行酸洗，去除内壁的氧化膜和锈蚀产物；

使用纯净度高的去离子水漂洗，去除表面残渣；

采用丙酮清洗除去油污和其它有机物质；空气泵吹扫5min，使内壁残留的丙酮加速挥发，除尽残留的丙酮，放入烘箱中在80℃烘干备用；

步骤2：涂层样件的装配：

样件将第三级混气罐和尾端混气罐体连接，检查气密性，在保证不漏气的条件下，整体放入加热炉内，将第三级混气罐和第二级混气罐通过卡套式硬密封进行连接，检查气密性；

步骤3：升温沉积工艺：