[发明专利]用于镀膜操作的固定装置

说明书

发明领域

本发明涉及用于物理气相沉积镀膜(coating)操作的固定装置以及同时对多个工件如燃气涡轮压缩机转子桨片和定子叶片镀抗蚀材料膜的方法。

发明背景

飞机、坦克和直升机的燃气涡轮发动机常常会在沙漠环境中运作，在此环境下，燃气涡轮压缩机转子桨片和定子叶片暴露于如沙土和灰尘等腐蚀性介质中。这些腐蚀作用导致增加的燃料消耗、动力损失、更高的整机运作温度以及可能引起压缩机和涡轮部件的损坏。抗蚀镀膜如通过用阴极电弧物理气相沉积方法获得的TiN、TiCN、TiZrN、TiZrCN、TiAlN以及TiAlCN可用于延长压缩机翼在沙尘腐蚀环境中的使用寿命。请参看如美国第5,071,693号专利。

物理气相沉积是一种视线镀膜(line of sight coating)方法。待镀膜的基板需要在蒸气中操纵以达到均匀的覆盖。基板不镀膜的部分需要完全掩罩住。

涡轮压缩机翼具有向外延伸以抽取空气进入燃烧室的翼部件。与翼部分相对的涡轮翼的部分用于将翼连接至发动机的转盘或转子部分，该部分不处于空气流动中，因此不需要保护其不受腐蚀作用。此涡轮翼的部分通常具有楔形榫头的形状，以便于组装到发动机的转盘或转子部上的楔形榫槽中。因此，此涡轮翼的部分即是通常所谓的楔形榫头。

涡轮翼的楔形榫头的壁与转盘或转子的楔形榫槽的壁接触。长时间后或者高速旋转后，楔形榫头的壁会出现疲劳有关现象，即所谓的磨损。磨损可能会由于涡轮翼的翼部分用了镀膜而加剧。因此，为在涡轮翼的不同部分达到所需要的性能以最大化涡轮翼的寿命，有必要提供一种适当地给涡轮翼的翼部分镀膜而不影响涡轮翼的楔形榫头部分的方法。

物理气相沉积广泛应用于在涡轮翼上用电子束蒸镀施加陶瓷热障镀膜。人们已经做了大量的工作以设计出用于在各种尺寸和形状的翼上均匀镀膜的工艺和固定装置。

美国第5,997,947号专利公开一种用于电子束物理气相沉积(EBPVD)镀膜方法中的模组的、电转动式的镀膜固定装置。该固定装置包括支撑结构和与支撑结构相连用于允许其相对第一轴转动的机构。固定装置进一步包括设于支撑结构内用以固持一个或多个待镀膜工件的盒式机构。盒式机构通过轴杆连接到支撑结构，轴杆允许盒式机构围绕大致平行于第一轴的第二轴旋转，由此允许每个被镀膜的工件围绕其纵轴旋转。盒式机构支撑每个工件，使得待镀膜翼表面维持大致平行于镀膜源。

如上所述，阴极电弧物理气相沉积可应用于施加抗蚀镀膜。阴极电弧物理气相沉积首先是一个视线沉积方法。在阴极表面阴极电弧放电产生的蒸气基本上以直线的方式从阴极表面传播到工件。蒸气传播的二级作用包括室内大气中离子化蒸气的散射，其在角周围和孔洞内产生一些深镀能力，更重要的是，产生高度离子化蒸气的静电吸引，由此在工件边缘和尖锐外廓如翼尖端和翼的头部及尾部边缘形成增加的镀膜材料累积。然而，当在平坦工件如压缩机桨片及叶片的平台和翼的表面镀膜时，主要的沉积特征是蒸气的视线传播。为在工件如翼下部和平台上获得最大的镀膜厚度，在阴极表面和工件表面间的视线不应被阻挡。

本领域还需要提供一种用于物理气相沉积镀膜操作中的镀膜用的固定装置，该镀膜操作允许对多个工件同时进行镀膜并促进高质量镀膜生产。镀膜固定装置应该允许镀膜只施加到工件需要镀保护膜的那些部分，而保护不需要镀保护膜的那些部分。进一步，镀膜固定装置应该可再利用以及制造成本相对较低。

发明概述

本发明涉及一种用于镀膜操作的固定装置，包括：

支撑结构，其包括圆形的底部元件，与所述圆形底部元件相对的圆形的顶部元件，和连接所述顶部元件至所述底部元件的多个结构元件；

垂直环列于所述支撑结构外周且形成圆柱状结构的多个面板元件(panel member)，所述面板元件固设于所述圆形顶部元件及所述圆形底部元件上；

所述面板元件包括多个用于固持待镀膜工件的孔，所述孔朝外背离所述支撑结构，所述孔构造成用以接受所述工件的不需镀膜部分；

所述面板元件包括多个板件(plate member)，至少一些板件提供用于将孔内空间(volume)与孔外空间(volume)相隔离并固设所述工件于所述孔内的屏障；

所述孔设置于所述面板元件上使得所述工件沿垂直方向排列并使工件需要镀膜的部分伸到孔外空间而不需要镀膜的部分保持在孔的内部空间内，使得孔内空间与孔外空间基本上不会穿过所述屏障而直接相通。

本发明也涉及一种对多个工件同时镀膜的方法，其包括：

(i)提供固定装置，包括：