一種用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備的制造方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及一種鋁化物涂層制程中的設備，尤其涉及一種用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備。
【背景技術】
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[0002]化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n，簡稱CVD)是一種非接觸擴散技術。利用CVD技術時，一種確定成分的金屬氯化物氣體可以預先在爐外(約100?600°C反應溫度)制取，然后被導入高溫反應爐的腔體(約200?1200°C腔體溫度)里，并與工件表面反應形成涂層。因此，利用CVD技術滲鋁制備鋁化物涂層具有極大地優越性，第一，CVD技術中反應氣體被壓縮通過工件表面，形成相對均勻的涂層，從而可以有效避免固體粉末包埋滲鋁與料漿滲鋁方法存在的涂后清洗引起的廢水排放、涂層易燒結與滲層不均勻、以及帶孔工件堵孔等缺點；第二，CVD技術的氣體形成過程與工件和氣體反應過程是完全分開的，從而氣體化學成分易調整，特別是能夠在工件表面共沉積Al、Si以及摻雜Hf、Zr、Y、Ce、La等多個反應元素，形成保護性鋁擴散涂層。據報道，多元共滲形成改性的鋁化物涂層，可以明顯提高單滲鋁涂層的抗高溫腐蝕性能，包括降低氧化膜生長速度，提高氧化膜粘附性和延長涂層的防護壽命等。目前，航空領域我國各型渦噴發動機80%的渦輪導向器葉片，以及陸用和船用渦輪機、地面發電用燃氣輪機的熱腐蝕嚴重的部位如機翼、葉片等部位都采用此類涂層。
[0003]綜上所述，有必要提供一種化學氣相沉積設備，第一，可以用于制備多元素共沉積或摻雜元素改性的鋁化物擴散涂層，如Al-Cr、Al-S1、Al-Pt、Al-Cr-S1、Al-Cr-Ta、Al-Re (Re=稀土元素)等改性鋁化物涂層，并且涂層的成分、顯微組織結構、厚度等均勻一致；第二，可以用于帶孔的復雜幾何結構工件內外表面涂層的選擇性制備，特別是膜冷渦輪發動機翼形葉片和/或地面發電用燃氣輪機透平冷卻葉片內冷通道表面涂層的制備。
【實用新型內容】:
[0004]本實用新型的主要目的是提供一種用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，用于航空發動機膜冷渦輪葉片或地面發電用重型燃氣輪機透平葉片內冷通道表面鋁化物涂層的生產，涂層成分靈活、可控，產品一致性良好，實現葉片內孔道表面涂層全覆蓋，同時葉片外表面無有害厚度的涂層生成。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用如下的技術方案予以實現:
[0006]—種用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，包括用于形成真空的真空反應室、氣體供給控制系統和真空與尾氣處理系統；真空反應室的周向及頂端由外至內依次為爐外保溫材料層、外爐殼、耐火材料襯里和加熱器，真空反應室的底部設置有用于承載工件的升降式底端基座，真空反應室內設置有不銹鋼內膽，不銹鋼內膽通過底端基座密封至真空反應室內，不銹鋼內膽的腔室分為涂層反應室和尾氣排放區，底端基座上配置有與所述真空反應室相通的惰性氣體進氣管道和工藝氣體進氣管道，惰性氣體進氣管道的周向設置有若干層支架，每個支架上設置有工件用導氣座，每個導氣座均通過水平導管與工藝氣體進氣管道相連通，工件安裝在導氣座的頂端；
[0007]氣體供給控制系統分別設置有第一氣體出口、第二氣體出口和第三氣體出口，第一氣體出口與惰性氣體進氣管道的惰性氣體入口相連，第二氣體出口和第三氣體出口分別與工藝氣體進氣管道的第一工藝氣體入口和第二工藝氣體入口相連；
[0008]底端基座上設置有排氣管道，排氣管道通過水平尾氣導管與真空與尾氣處理系統中的堿液循環真空栗相連，電動機用于為堿液循環真空栗提供動力，堿液循環真空栗上設置有排氣管。
[0009]本實用新型進一步的改進在于:不銹鋼內膽的材質選用牌號為lCr25Ni20Si2的不銹鋼。
[0010]本實用新型進一步的改進在于:氣體供給控制系統包括惰性氣體高壓儲氣罐、H2氣高壓儲氣罐和HCl氣體高壓儲氣罐；其中，惰性氣體高壓儲氣罐的第一氣體出口通過氣體減壓閥、體積流量計連接惰性氣體進氣管道的惰性氣體入口 ；H2氣高壓儲氣罐和HCl氣體高壓儲氣罐分別通過氣體減壓閥、體積流量計與質量流量控制器連接混合罐，混合罐的出口通過電磁開關分別連接Al金屬鹵化物生成器入口、Si金屬鹵化物生成器和其他金屬鹵化物生成器入口，Al金屬鹵化物生成器入口、Si金屬鹵化物生成器和其他金屬鹵化物生成器的第二氣體出口、第三氣體出口分別通過體積流量計、質量流量控制器連接工藝氣體進氣管道的第一工藝氣體入口、第二工藝氣體入口。
[0011]本實用新型進一步的改進在于:A1金屬鹵化物生成器內設置有導氣裝置和Al金屬顆粒床，Si金屬鹵化物生成器內設置有導氣裝置和Si金屬顆粒床，其他金屬鹵化物生成器設置有導氣裝置和其他金屬顆粒床。
[0012]本實用新型進一步的改進在于:排氣管道中心處安裝有軸向燃氣預熱器，用于防止尾氣在進入水平尾氣導管前發生冷凝。
[0013]本實用新型進一步的改進在于:反應室底座與真空爐體之間通過第一 O形密封圈和第二 O形密封圈密封。
[0014]本實用新型進一步的改進在于:惰性氣體進氣管道的周向還設置有軸向熱輻射屏蔽板，該軸向熱福射屏蔽板位于底端基座與最底層支架之間。
[0015]本實用新型進一步的改進在于:真空反應室和底端基座的底部均通過地面支撐座支撐。
[0016]相對于現有技術，本實用新型具有如下的優點:
[0017]I)本實用新型提供的用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，工藝參數靈活性提高，可控制鋁化物涂層成分，如多元素共沉積或摻雜其他元素，如Hf、Zr、Y、Ce、La提高涂層性能，所制備的涂層低表面缺陷密度、擴散均勻，并且在沉積過程中可改變鋁的活性。
[0018]2)本實用新型提供的用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，可用于航空發動機膜冷渦輪葉片或地面發電用重型燃氣輪機透平葉片內冷通道表面涂層生產，并且涂層厚度均勻、葉片內孔道表面涂層全覆蓋，同時保證葉片外表面無有害厚度的涂層生成。
[0019]3)本實用新型提供的用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，無包埋工藝，無須涂后清洗，減少了包埋法鋁化工藝中廢水的排放。
[0020]4)本實用新型提供的用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，大批量、工業化應用設計，結構簡單、運行操作方便，產品一致性良好，滿足工業化生產要求。
【附圖說明】
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[0021]圖1為本實用新型的整體結構示意圖。
[0022]圖2為氣體供給控制系統流程圖。
[0023]圖中:1.真空反應室；2.耐火材料襯里；3.加熱器；4.不銹鋼內膽；5a.惰性氣體進氣管道；5b.工藝氣體進氣管道；6.水平導管；7.導氣座；8.支架；9.軸向熱輻射屏蔽板；10.底端基座；11.排氣管道；12.軸向燃氣預熱器；13.第一 O形密封圈、14.第二 O形密封圈；15.氣體供給控制系統；16a.惰性氣體高壓儲氣罐；16b.H2氣高壓儲氣罐；16c.HCl氣體高壓儲氣罐；17.氣體減壓閥；18.體積流量計；19.質量流量控制器；20.混氣罐；
21.電磁閥開關.’1#.Al金屬鹵化物生成器.’2#.Si金屬鹵化物生成器.’3#.其他金屬鹵化物生成器；22.導氣裝置；23.Al金屬顆粒床；24.Si金屬顆粒床；25.其他金屬顆粒床；26.水平尾氣導管；27.堿液循環真空栗；28.電動機；29.廢氣排氣管；S1、S2、S3.氣體供給控制系統氣體出口 ；Sla.惰性氣體入口 ；S2a、S3a.工藝氣體入口地面支撐座；S.工件。
【具體實施方式】
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[0024]以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0025]參照圖1，本實用新型一種用于制備多元素改性鋁化物涂層的化學氣相沉積設備，包括一個可抽成真空的真空反應室1，其采用升降式雙層結構，由傳統液壓機構或其他機械(圖中未顯示，不屬于本【實用新型內容】)提升，真空爐體由爐膛耐火材料、爐外保溫材料層、外爐殼等組成，以保證爐體外表處于較低溫度水平；一個氣體供給控制系統15，可將各金屬鹵化物反應氣體和其他工作氣體一起通入所述真空反應室內；以及一個堿液循環真空栗系統。
[0026]本實用新型的真空反應室I的立式方形爐膛耐火材料襯里2周圍均勻分布有加熱器3，加熱器3與真空反應室I聯體安裝，為待處理工件S加熱，同時可保證爐內加熱的均勻性。爐膛內襯不銹鋼內膽4，不銹鋼內膽呈倒扣杯子形狀，下部邊緣密封依靠壓緊第一 O形密封圈13，由不銹鋼內膽4界定的高溫反應室依靠爐體自重密封。配置的熱電偶(圖中未顯示)由真空反應室I底部進入并與工件S柔性接觸，將實測溫度傳遞給加熱及溫度控制系統(圖中未顯示，不屬于本【實用新型內容】)，據此改變加熱頻率，或進行恒溫調節。進氣管道根據工藝需要分別布置在反應室的中心與周邊，且與氣體供給控制系統15連通，惰性氣體由惰性氣體進氣管道5a進入反應室內，工藝氣體由工藝氣體進氣管道5b進入反應室內，從而實現氣體的定量供給。工件S通過導氣座7固定于支架8上，支架8緊固或焊接在反應室惰性氣體進氣管道5a上。導氣座7與工藝氣體進氣管道5b通過水平導管6相連通，工藝氣體依次通過工藝氣體進氣管道5b、水平導管6、導氣座7進入工件S的內部孔道，保護氣氬氣