[发明专利]一种叶片气相沉积涂层用定角度变速装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电子束物理气相沉积技术，用于叶片表面电子束物理气相沉积MCrAlY、YSZ、Al₂O₃、TiN等多种涂层体系，具体为一种叶片气相沉积涂层用定角度变速装置及控制方法。

背景技术

电子束物理气相沉积(EB－PVD)技术具有沉积速率高、涂层致密、化学成分易于精确控制、可得到柱状晶组织、无污染以及热效率高等优点。可用于制备热障涂层、耐磨涂层、防腐涂层、微层材料等。

电子束物理气相沉积技术的工作原理如图1所示，当叶片按照图示位置与工件转轴装卡后，启动伺服电机，转轴带动叶片旋转转速10～30rpm。当真空室内真空度到达10^-4～10^-1Pa的工作范围时，就可以启动电子束系统。电子枪发射的电子束照射到被镀材料表面的局部区域，导致该区域温度迅速升高，致使被镀材料在此区域形成爆发性的汽化蒸发，生成空间等离子体。在空间等离子区域中的工件连续转动，在工件表面形成均匀的沉积涂层(大多数情况下还需要外加偏压以促进等离子体的定向移动，加速沉积镀膜的形成)。

大多数涡轮叶片形状为回转体或近似回转体(如图2所示)，在涂镀过程中在A-A剖面、B-B剖面的四周均可以获得涂层。而图2所示的叶片叶身在A-A剖面中显示两片叶身互相遮蔽，大多数被镀材料的等离子体被叶身的外表面阻挡，无法进入两叶身所形成的夹缝当中。导致叶身形成的夹缝空间等离子体浓度降低，涂层沉积速度低于叶片其他部分。当按照原有工艺涂镀足够长的时间以后，难形成涂层的表面上只能形成比其他表面薄的多的涂层，影响涂层的使用性能。因此，如何保证涡轮叶片叶身各个区域涂层厚度均匀性一直以来都在影响着电子束物理气相沉积的广阔应用。因而，极有必要设计一种装置，降低沉积过程中的物理遮蔽现象，保证叶片各个区域涂层厚度达到要求，保证涂层的使用性能。

发明内容

为有效消除涂层沉积时物理遮蔽效应，保证涡轮叶片各涂覆区域涂层的均匀性，本发明提出一种叶片气相沉积涂层用定角度变速装置及控制方法，通过定角度改变伺服电动机的转速(即工件转速)，延长工件遮蔽区域(图3中慢速区域)的涂覆相对时间，从而克服由于工件外形遮蔽造成的涂层均匀性影响。用于解决电子束物理气相沉积设备工件局部表面沉积热障涂层时的物理遮蔽问题，扩展设备的适用范围，从而能够对工件外形因素的影响可以忽略，并以此实现提高设备控制精度的目的。

本发明的技术方案为：

所述一种叶片气相沉积涂层用定角度变速装置，包括伺服电机驱动电路，其特征在于：还包括外加控制电路和凸轮；所述伺服电机驱动电路包括驱动器、继电器、第1电位器、第2电位器、0号电阻、1号电阻；0号电阻与第1电位器组成串联电路接在驱动器V_T+和V_T-端子之间，第1电位器的调整端连接驱动器CH端子；继电器、1号电阻与第2电位器组成串联电路接在驱动器CH和V_T-端子之间；外加控制电路包括U型槽光电开关，控制电源盒；外部电源通过控制电源盒给U型槽光电开关和继电器供电；U型槽光电开关控制继电器的通断；凸轮与叶片同轴安装，凸轮为变径结构，凸轮大径段与小径段的分布，同叶片转动所需低转速区域与高转速区域的分布一致；且凸轮随叶片同轴转动过程中，凸轮大径段能够遮挡U型槽光电开关的光束，凸轮小径段不能够遮挡U型槽光电开关的光束。

进一步的优选方案，所述一种叶片气相沉积涂层用定角度变速装置，其特征在于：控制电源盒包括变速开关和设定开关；所述变速开关闭合时，外加控制电路工作；所述设定开关闭合时，继电器强制接通。

所述一种叶片气相沉积涂层用定角度变速控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将凸轮与叶片同轴安装，且凸轮大径段与小径段的分布，同叶片转动所需低转速区域与高转速区域的分布严格对齐；

步骤2：控制电源盒中的变速开关保持断开；启动叶片转动伺服电机，调整第1电位器，使得叶片转速达到高转速区域的转速要求；

步骤3：接通变速开关和设定开关，调整第2电位器，使得叶片转速达到低转速区域的转速要求；

步骤4：断开设定开关；伺服电机带动凸轮和叶片转动，实现根据叶片的转角位置变化连在高低速之间自动切换。

有益效果