[实用新型]通过电子束蒸发在部件上沉积保护涂层的设备

说明书

本实用新型涉及通过电子束蒸发在部件上沉积保护涂层的设备，所述设备包括具有半圆柱形热罩的真空室、至少一个带有蒸发材料的水冷坩埚、用于辐射加热所述部件的加热器和电子枪。热罩、带有蒸发材料的水冷坩埚和加热器构成所述真空室内的涂层沉积区。所述设备还具有可移动挡板，该挡板能够移动至所述涂层沉积区中，以屏蔽所述部件表面和所述热罩的内表面使其不受所述加热器和蒸发材料的表面的影响。所提出的设计在蒸发过程开始时保护所述部件表面，不使不良杂质和微滴进入，并且还保护加热器和蒸发材料的表面，不使冷凝碎片进入。

技术领域

本实用新型涉及电子束技术设备，更具体地，涉及用于使用对要在其上沉积保护涂层的部件的辐射加热，通过电子束蒸发在该部件上沉积保护涂层的设备。

背景技术

保护涂层的出现和广泛应用是由于燃气轮机的功率和工作温度的增加以及保护其部件免受高温气流侵蚀性冲击的需要。目前可用的保护(热障)涂层沉积在部件表面上(例如，在燃气轮机发动机叶片上)，是抗氧化金属内层和陶瓷外层的多层组合物，其低热导率水平低(通常，以ZrO₂-Y₂O₃为基础，具有基于稀土元素的氧化物添加剂)。基于Al₂O₃(所谓TGO-热生长氧化物)的约1μm薄层位于这些层之间并确保涂层的附着粘合。沉积此类保护涂层的广泛应用的方法之一是电子束物理气相沉积(EB-PVD)。

用于确保沉积的保护涂层具有高水平的物理和机械特性(附着力、热稳定性、热导率等)的关键参数是在预热(无蒸发)期间和蒸发沉积涂层期间将部件均匀加热到950℃至1150℃范围内的规定温度。因此，保护涂层的电子束沉积技术和设备的发展遵循的路径是提高将部件加热至规定温度的均匀性和准确性。

在当前可用的电子束技术设备中对部件的加热可以是直接电子束加热和使用加热器的辐射加热二者，该加热器包含具有高熔化温度的物质(例如陶瓷)，其表面被电子束加热到低于这种物质熔化温度的高温，并且辐射用来加热部件的热量。

由于使用了位于部件和被蒸发的材料上方的多层金属结构的热罩(热屏蔽)，辐射加热的有效性提高并且热损失减少。它允许从加热器提供更均匀的热流分布，提高部件加热的稳定性和准确性。

目前可用的用于真空电子束蒸发和冷凝的设备的设计提供了在真空室中安装主要装置，如带有蒸发材料的坩埚、用于对部件进行辐射加热的含有受热物质的加热器、位于部件上方的热罩以及电子枪(用于加热加热器中的物质和蒸发材料)。

为了提高涂层的电子束沉积期间部件加热过程的有效性，作者为D.A.Litton、P.F.Gero、K.W.Schichting的美国专利号10648077В2(日期：2020年5月12日)IPCС23С16/46提出了一种设备，该设备包括真空室、蒸发材料源和外热罩，外热罩固定到能够在垂直面中移动的管状轴(用于调节外热罩和部件之间的距离)。在该管状轴内安装有绕其自己的轴线旋转的内轴，其上顺序地固定着一排若干个独立的内热罩，这些内热罩为具有金属网的平框架的形式。固定每个独立的内热罩的设计提供了将其释放和降低(通过旋转内轴)的可能性，以便在其面向部件的表面形成一层蒸发材料冷凝物后，将其从真空室中进一步移除。其位置被内轴旋转时移动的下一个独立的内热罩代替。该解决方案允许在预热期间和涂层沉积期间调节部件温度(由于提升或降低带有外热罩的管状轴所致)。该解决方案的另一个优点是可以提高热罩的使用寿命，因为可以定期更换每个单独的内热罩，并减少冷凝物碎片对加热器表面和蒸发材料表面的污染，这些碎片在蒸发时沉积在热罩的内表面上并逐渐剥落。

极为重要的是在真空室中预热期间确保部件表面的清洁度，即，在蒸发开始前的加热期间，防止来自蒸发材料的高挥发性颗粒或杂质进入部件表面。这种不良影响也可能是由于现代蒸发材料所致，如低热导率陶瓷，在其组成中含有不同氧化物的混合物，其中一些在真空中具有较高的饱和蒸汽压，并在整个被蒸发材料(例如，具有锆钇的混合物中的氧化镧)开始蒸发之前，过早地开始蒸发并沉积在部件表面上。这导致沉积涂层的性能恶化。