[发明专利]一种在直升飞机叶片上沉积抗沙尘侵蚀纳米复合膜方法和设备

说明书

本发明公开了一种发动机叶片表面结合力优越以及抗沙尘侵蚀能力强的TiN/DLC/TiN纳米复合膜方法及设备，其中，制备该TiN/DLC/TiN纳米复合膜方法包括：采用金属真空蒸汽离子源方法(MEVVA)，在叶片表面注入一层能提高膜基结合力的金属″钉扎层″；在所述的金属″钉扎层″之上，采用磁过滤阴极真空弧沉积方法(FCVA)沉积得到用于释放内应力的第一层金属/金属氧化物薄膜过渡层；在所述的第一层过渡层之上，采用磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积方法沉积得到第二层软DLC层；在所述的第二层软层之上沉积得到第三层超硬TiN膜层；重复工艺制备第二层、第三层直至TiN/DLC/TiN纳米复合膜总厚度为10‑30微米。通过实施本发明，在发动机叶片上沉积TiN/DLC/TiN纳米复合膜能够很好的保护发动机叶片，防止其因沙尘的侵蚀而损害。

技术领域

本发明涉及射线束材料表面改性技术领域，特别涉及一种在直升飞机叶片上沉积抗沙尘侵蚀的TiN/DLC/TiN纳米复合膜方法和设备。

背景技术

众所周知，直升飞机的特点是机动性好，极少依赖质量好的起降场地和水泥跑道，大多数情况下所使用的起降场地是简易场地，甚至临时性的土质、沙质或草地。空气中或多或少地含有一些沙土、尘埃等微粒，尤其在我国自然条件恶化的中西部地区，沙尘对飞机和直升机的影响更为严重。飞机通常在较高的空中飞行，空气中含沙尘量较少，给飞机带来的影响很小。然而，对直升机来说，其机动性好，战时常常无固定场地和专用机场为依托，大多情况下所使用的起降场地是简易场地，甚至野外临时性的土质、沙质或草地，再加上直升机在近地低空飞行或者悬停，受旋翼旋转形成的下洗气流作用，从地面搅起大量的沙尘，大大增加了空中的沙尘含量，给直升机带来了较大危害。

直升机贴近地面飞行时也会引起沙尘。在一般情况下，直升机附近空气中的灰尘浓度，取决于土壤的结构强度，矿物质的分散成份、当地气候条件，以及取决于旋翼旋转时所扬起的空气流动强烈程度。如果在降落场上，直升机之间距离小于50m，则由空气流的移动，一架直升机扬起的灰尘就对另一架直升机发动机工作有重大影响。沙尘进入发动机进气道里，会造成发动机空气、燃气通道中各部件，特别是转子叶片被沙尘严重磨损。米-8直升机在沙尘场地上空近地悬停、发动机在最大工作状态时，每分钟每台发动机约要吸进3kg重的沙尘。直-9直升机上所采用的涡轴八发动机的进气防护装置虽然作了一些改进，但是，在沙尘环境下持续飞行时，仍有大量的沙尘进入发动机内部。其后果是：1、发动机内部的压气机受到严重磨损：对于轴流压气机，通常在叶片的进气边缘、工作叶片颈部，整流叶片根部磨损最为严重，压气机机匣内壁封严涂层也有磨损；对于离心式压气机，因其工作叶轮迎风面积较大，磨损最为严重，这些损伤使发动机性能恶化，造成其功率下降，耗油率增加；2、细沙尘进入涡轮工作叶片冷却通道中，堵塞通道，引起工作叶片超温，甚至烧毁；3、当较大沙尘以大风速进入发动机时，可能打坏压气机叶片。

新材料技术是我国乃至全世界都非常重视的研究领域之一，从我国″863″计划设立起就是其中的一个重要的研究领域，而材料表面改性技术是新材料研究的一个重要的方向。通过合适的表面改性处理，可以显著提高材料表面的多种性能，例如材料表面的光洁度、硬度、抗磨损、抗氧化、抗沙尘侵蚀以及抗盐雾腐蚀等性能，从而显著提高材料的使用寿命和工作效率，实现节约原材料、降低能源消耗等目的。

氮化钛涂层的化学稳定性好，抗腐蚀和抗氧化性能优良，不易与被切削的金属发生反应，具有韧性好，热硬性高，能承受一定的弹性形变压力，非常适宜高速切削；有实验表明氮化钛涂层刀刃具比未涂刀刃具寿命提高4倍，极大地提高了涂层刀刃具的利用率。后来，随着气相沉积技术的发展，采用物理沉积方法沉积氮化钛涂层，极大地改善了涂层与基体的结合力，使它一举在工程上应用成功，可以说带来了一场涂层革命。然而，TiN有一致命缺点那就是其膜层摩擦系数偏高，在涉及到需要提高工件的耐磨性能时其效果相对有限，直升飞机叶片表面沙尘侵蚀多数情况下是存在着摩擦磨损的侵蚀方式，只由TiN膜层提供保护的飞机叶片寿命很难有大的提升。