[实用新型]用于制备燃气透平叶片内表面涂层的化学气相沉积设备

说明书

技术领域

本实用新型属于化学气相沉积设备技术领域，具体涉及一种用于制备燃气透平叶片内表面涂层的化学气相沉积设备。

背景技术

大量燃气轮机燃气透平叶片长期服役结果表明：在高温燃气、内孔道气流冲刷和热应力循环作用下，叶片内部冷却孔道引起的氧化、蠕变、热腐蚀、开裂等是影响燃气透平叶片寿命的关键因素。因此，在燃气透平叶片内孔道表面(以下简称叶片内表面)施加保护涂层，提高合金的抗高温氧化、抗含硫燃气腐蚀、抗高温腐蚀速率能力，延长燃气透平叶片的使用寿命。目前，国外燃气轮机燃气透平叶片内表面普遍采用铝化物涂层材料，制备工艺主要为化学气相沉积(CVD)法。CVD法能有效避免传统固体粉末渗铝法和料浆渗铝法存在的易堵塞冷却孔、易烧结、渗层不均匀等缺点，不仅能够有效控制扩散涂层厚度、铝含量及结构，而且低活性和高活性铝化物均能沉积于形状复杂的工件表面。然而，应用CVD工艺制备燃气透平叶片内表面涂层仍存在以下不足：(1)在燃气透平叶片内表面气相渗铝过程中，叶片外表面同时形成一定厚度的铝化物涂层，而叶片外表面的MCrAlY涂层或热障涂层表面或底部(即叶片基体表面)存在铝化物涂层时将降低热障涂层的抗热疲劳性能。再者，现代燃气轮机燃气透平叶片内表面涂层覆盖率要求达到100％，而涂层覆盖率决定于金属卤化物气体在叶片内部冷却孔道的流通与沉积状况。目前，在燃气透平叶片冷却孔均无堵塞的前提下，国内尚未研制出一种可行的CVD设备及工艺可有效避免使金属卤化物在叶片外表面的沉积，同时使内表面涂层覆盖率达到100％。(2)CVD工艺涂层过程中排放出的尾气包括未反应的HCl气体、载气(氢气或氩气)、未反应或反应中间产物气体(AlCl₃、AlCl₂和AlCl)等，其中，AlCl₃、AlCl₂和AlCl等氯化铝气体冷凝后固化，在管道中沉积而堵塞排气管道，未反应气体的HCl气体遇水易生成腐蚀性极强的酸，对设备硬件造成侵蚀，严重威胁设备运行的安全性。再者，这些沉积物不易清洗，增加了设备清洗时间与资金投入。(3)含有Cl离子的有害气体排放于大气中，造成环境污染。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于制备燃气透平叶片内表面涂层的化学气相沉积设备，以实现叶片内孔道表面涂层全覆盖，同时叶片外表面无有害厚度的涂层生成，并且有效控制尾气对设备的损坏与环境的污染，满足涂层性能和工业生产以及环保要求。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案予以实现：

用于制备燃气透平叶片内表面涂层的化学气相沉积设备，包括真空炉体、气体供给控制系统和真空与尾气处理系统；其中，真空炉体的周向及顶端由外至内依次为炉外保温材料层、外炉壳、耐火材料衬里和加热器，真空炉体内设置有不锈钢内胆，不锈钢内胆通过设置在真空炉体底端的反应室底座密封至真空炉体内，不锈钢内胆的腔室分为涂层反应室和尾气排放区，涂层反应室配置有与气体供给控制系统相连接的中心处输气管道、若干Ar气输气管道，中心处输气管道的周向设置有若干支架，每个支架上均设置有一个导气座，每个导气座均通过水平导管与中心处输气管道相连通，每个导气座的底端为多孔气体分散板，多孔气体分散板内放置了若干Al-Cr合金颗粒，叶片的叶根设置在导气座的顶端，且叶片的叶根完全掩埋在其周向设置的耐高温惰性填料中；

气体供给控制系统分别设置有Ar气出口、反应气体S1出口和气态反应物S2出口，Ar气出口分别与若干Ar气输气管道的入口相连，反应气体S1出口与中心处输气管道的入口相连；

反应室底座上设置有排气管道，排气管道通过水平尾气导管与真空与尾气处理系统中的碱液循环真空泵相连，电动机用于为碱液循环真空泵提供动力，碱液循环真空泵上设置有排气管，且碱液循环真空泵分别通过一级导管和二级导管与NaOH溶液池相连；气态反应物S2出口与水平尾气导管相连。

本实用新型进一步的改进在于：不锈钢内胆的材质选用牌号为1Cr25Ni20Si2的不锈钢。

本实用新型进一步的改进在于：真空炉体和反应室底座的底部通过若干地面支撑支撑。