[发明专利]一种基于镍基靶材的真空离子镀涂镀工艺

说明书

一种基于镍基靶材的真空离子镀涂镀工艺，属于真空离子镀涂镀技术制备涂层技术领域，包括以下步骤：步骤1，镍基阴极靶材的制备：母合金熔炼、型壳模具工艺、铸造工艺、机械加工；步骤2，镍基阴极靶材的离子镀工艺；步骤2.1，来件检查；步骤2.2，光整处理；步骤2.3，湿吹砂；步骤2.4，强水流冲洗；步骤2.5，超声波清洗；步骤2.6，丙酮浸洗；步骤2.7，烘干基体零件；步骤2.8，清洗后检查；步骤2.9，涂镀前准备；步骤2.10，涂镀涂层；步骤2.11，扩散处理；步骤2.12，涂层质量检验。本发明基于镍基阴极靶材的真空离子镀涂镀工艺，提高了叶片表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能，从而延长叶片的使用性能。

技术领域

本发明属于真空离子镀涂镀技术制备涂层技术领域，具体涉及一种基于镍基靶材的真空离子镀涂镀工艺。

背景技术

目前，国外在定向凝固及单晶涡轮叶片上已广泛使用了MCrAlX(M：Ni、Co或NiCo，X：Y、Hf、Ta、Re等)包裹型涂层，该类涂层的特点是将耐循环氧化和耐高温腐蚀的合金作为涂层，包裹在叶片合金基体上，可以克服一般铝化物涂层的缺陷，兼顾了抗氧化、抗腐蚀，并根据使用要求调整涂层成分。据资料介绍，该类涂层1100℃条件上其保护寿命比铝化物涂层高3-4倍。镍基阴极靶材作为挥发阴极材料，通过采用真空离子镀工艺方法，用于涂敷高压涡轮工作叶片表面涂层的制备，在现有真空离子镀涂镀中尚属空白，因此本发明提出一种基于镍基靶材的真空离子镀涂镀工艺。

发明内容

本发明镍基阴极靶材作为挥发阴极材料，采用真空离子镀工艺方法制备出满足热端部件表面高温抗氧化、抗腐蚀性能涂层的需要，延长热端部件的使用寿命，满足高性能发动机的使用需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于镍基靶材的真空离子镀涂镀工艺，包括以下步骤：

步骤1，镍基阴极靶材的制备

步骤1.1，镍基阴极靶材化学成分包括Ni-Cr-Al-Y-Si元素，其中Ni的质量百分比为61.4％-76.45％，Cr的质量百分比为16％-21％，Al的质量百分比为7％-16％，Y的质量百分比为0.15％-1.1％，Si的质量百分比为0.4％-1.5％；对真空冶炼设备的熔炼室进行脱氧处理，然后将Ni、Cr、Al、Y及Si按着质量百分比称好质量放入真空熔炼设备进行熔炼；

步骤1.2，型壳模具的改进：合金中含有较高的Al和Y，这些元素具有较强的化学活性，易与陶瓷型壳材料发生反应，导致在铸件表面形成缺陷，因此型壳材料选用高Al203材料，提高型壳的化学稳定性；由于合金主要由金属间化合物组成，具有明显的脆性，在铸造应力作用下，易于形成裂纹，甚至断裂，因此减小铸造应力是型壳工艺的关键问题，从型壳容让性试验发现，Al203-Si02系耐火材料比高Al203材料具有更好的容让性，将其应用于型壳的背层，即形成高Al203面层、Al203-Si02系耐火材料背层的复合陶瓷型壳，该复合型壳的应用，不仅满足了凝固过程中化学稳定性和容让性的需要，而且极大地改善了型壳的工艺性；

步骤1.3，镍基阴极靶材的铸造过程中，首先确定镍基阴极靶材的外表面为少余量铸造的表面，在一定程度上增加精铸过程中技术难度，但对降低加工难度、减小机械加工量，尤其是保持零件表面致密铸造组织，及对改善镍基阴极靶材应用性十分有利；采用模数法结合经验法设计铸造浇铸系统，保证凝固过程的顺序性和良好的补缩；浇铸系统采用顶铸式铸口，顶铸式铸口充型良好，而且有利于减小热应力，符合凝固顺序的要求；

冒口的设计采用重量比经验法和模数法进行试验，仍出现内部缩松缺陷，X光探伤结果不能满足技术要求；逐步增大冒口进行试验，仍然不能满足技术要求；进一步研究发现是铸件结构造成凝固过程热场的不合理性，导致形成明显缩松缺陷；通过在铸造模型周围填入不同介质材料，形成蓄热和导热性质的梯度条件，然后将凝固区移至冒口中，建立了良好的凝固顺序，解决了内部缩松缺陷，探伤结果达到技术条件要求；