[发明专利]一种涡轮叶片的化学气相沉积Co-Al的方法

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片的化学气相沉积Co‑Al的方法，所述方法包括遮蔽与装夹、主反应器高压加热、Co反应器加热渗Co、Al反应器加热渗Al以及扩散热处理和冷却。通过优化气相沉积的工艺流程，先气相渗Co再渗Al，采用独特的渗Co工序，调整反应温度、压力及时间的参数，最终得到外表面及内腔渗层均匀，渗层中无杂质的涡轮叶片，叶片渗层厚度为30‑60μm，Al含量25‑35wt％，Co含量为10‑15％。本发明的方法清洁高效，产物渗层化学成分符合生产要求，具有广阔的应用前景和市场价值。

技术领域

本发明涉及涡轮叶片加工领域，主要涉及一种涡轮叶片的化学气相沉积Co-Al的方法。

背景技术

涡轮叶片在运行过程中受到大气环境，海洋环境等的影响，防护涂层易受到热腐蚀失效。Co元素增强了铝化物涂层的抗高温热腐蚀性能，可以提高涂层与机体的结合强度。

传统的渗CoAl通常采用粉末包埋方法或者外包埋的方法，采用Co粉、NH₄Cl和Al₂O₃作为渗剂，该方法存在Al₂O₃颗粒、氮化物易夹杂在涂层中，影响涂层结合强度及使用寿命等问题，并且由于CoCl₂与AlCl活度差别大，需要采用两步法进行化学渗。需要重复装夹叶片及更换粉末，容易对涂层造成污染，影响涂层质量。而且采用包埋方法，叶片表面存在粉末粘接，不易清理。对于外包埋一般采用风扇循环反应气体，由于反应气体难以进入内腔，难以保证内腔的涂层厚度及均匀性。CN106222607A公开了一种渗钴铝渗剂及方法。该渗剂包括渗剂组分A和渗剂组分B，以质量份数计，渗剂组分A包括钴粉19～29份，镍钇合金粉1～11份，三氧化二铝粉15～25份，碘化铵1～1.2份；渗剂组分B包括碘化铵1.2份，氯化铵0.3～0.4份，铁铝粉45～55份，纯铝粉5～10份。将渗剂组分A与渗剂组分B混合均匀后和试件一同放置在气相沉积设备中进行气相沉积来达到钴铝共渗。但该方法操作复杂，粉末较多，容易对涂层造成污染。

因此，研发一种清洁高效的叶片表面及内部冷却通道渗Co-Al的方法，使得渗层厚度均匀并渗层化学成分满足要求，具有巨大的市场价值和意义。

发明内容

针对现有技术的不足和市场的需求，本发明提供了一种涡轮叶片的化学气相沉积Co-Al的方法，通过优化气相沉积的工艺流程，先气相渗Co再渗Al，采用独特的渗Co工序，调整反应温度、压力及时间的参数，最终得到外表面及内腔渗层均匀，渗层中无杂质的涡轮叶片。本发明的方法清洁高效，产物渗层化学成分符合生产要求，具有广阔的应用前景和市场价值。

第一方面，本发明提供一种涡轮叶片的化学气相沉积Co-Al的方法，包括如下步骤：

(1)将叶片进行遮蔽并装夹在主反应器上；

(2)将主反应器抽真空，通入Ar加压后再加热通H₂；

(3)将CoCl₂气体通入主反应器进行渗Co；

(4)加热外部Al反应器并通入HCl，产物通入主反应器进行渗Al；

(5)主反应器通入H₂进行扩散热处理，再通入Ar冷却后取下叶片。

发明人在充分研究涡轮叶片的加工方法和化学气相沉积的工艺流程后，为解决叶片渗层有杂质且不均匀的问题，将化学气相沉积应用到涡轮叶片的加工过程，创造性地应用独特的渗Co工序，采用外部反应器生成气体以控制通入主反应器内的气体速率，从而调整反应气体分压以便准确控制渗层厚度，并优化工艺流程，调整温度、压力和时间的参数，最终得到表面及内部冷却通道的渗层纯净无杂质且厚度均匀、化学成分满足要求的涡轮叶片。

优选地，步骤(2)所述加压的压力为100-500mbar，例如可以是100mbar、200mbar、300mbar、400mbar或500mbar。