叶片夹持器及叶片涂覆方法技术

一种叶片夹持器，其特征在于，包括：第一腔室，第一腔室内设置有第一加热组件、盛装器皿、至少一个夹持组件、第一驱动系统、控制模块；盛装器皿内装有靶材料，盛装器皿设置在第一腔室底部；第一加热组件用于蒸发靶材料；夹持组件用于夹持叶片，并具有第一旋转轴；控制模块用于控制第一驱动系统的转速；第一驱动系统驱动夹持组件绕第一旋转轴按照预设转速周期转动；预设转速为不恒定转速且由控制模块控制。

【技术实现步骤摘要】
叶片夹持器及叶片涂覆方法
本专利技术涉及一种材料制备装置及涂覆方法，尤其涉及一种涡轮叶片涂覆热障涂层材料的装置及涂覆方法。
技术介绍
航空发动机作为飞机的核心部件，其质量对飞机的寿命有着重要的影响。随着航空发动机推重比的增加，发动机燃烧室部件的环境温度越来越高，接近热端部件材料的使用温度极限，这大大影响了飞机的安全性。同时涡轮叶片服役的环境十分恶劣，为了避免合金材料高温下熔化，并减少热疲劳、氧化等对飞机部件造成的破坏，延长火箭发动机的使用寿命，必须提高涡轮叶片的工作性能。目前提高涡轮叶片工作性能的手段主要有：1、寻找新的耐高温材料；2、研发更为先进的气膜冷却技术，在燃烧室等部件上设置冷却孔，降低部件的表面温度，以减少热应力集中；3、在热端部件表面涂覆具有耐腐蚀、耐高温的陶瓷材料，以提高工作的使用温度。但是现有的技术在使用沉积法为复杂零件(例如涡轮叶片)上沉积薄膜时，沉积粒子沿直线沉积，由于自身复杂形状的遮挡作用，衬底某些区域薄膜厚度较薄，甚至为零，这被称之为阴影效应。由于阴影效应的影响，导致热障涂层厚度不均匀，甚至个别位置未涂覆有沉积材料，使得复杂零件的内部应力场更为复杂，不能很好的胜任燃烧室内恶劣、复杂的工况。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种叶片夹持器及叶片涂覆方法，能够有效地解决阴影效应带来的热障涂层不均匀的问题，提高叶片的使用寿命。第一方面，本专利技术提供的叶片夹持器包括：第一腔室，第一腔室内设置有第一加热组件、盛装器皿、至少一个夹持组件、第一驱动系统、控制模块；盛装器皿内装有靶材料，盛装器皿设置在第一腔室底部；第一加热组件用于蒸发靶材料；夹持组件用于夹持叶片，并具有第一旋转轴；控制模块用于控制第一驱动系统的转速；第一驱动系统驱动夹持组件绕第一旋转轴按照预设转速周期转动；预设转速为不恒定转速。由于转速不恒定，可以克服阴影效应带来的不良影响，使得叶片的表面均能涂覆有热障材料。进一步地，本叶片夹持器，第一加热组件为电子枪，第一腔室为真空腔室。通过电子枪加热，可以很好地熔化、蒸发靶材料，提升设备的工作效率和沉积材料的利用率，同时电子枪需要在真空环境中使用，故而需要将第一腔室设置为真空腔室，且真空度越大，沉积薄膜能获得更好的均匀性。进一步地，本叶片夹持器，还包括：第二加热组件，第二加热组件用于烘烤叶片。进一步地，本叶片夹持器，第二加热组件为加热片或电子枪。第二加热组件烘烤叶片，从而减小叶片与靶材料蒸发后的雾气之间的温差，可以有效地提高沉积速率，加快生产速率。进一步地，本叶片夹持器，第一驱动系统包括第一电机、连接组件；每个夹持组件都通过连接组件与对应的第一电机的输出轴连接。每一个夹持组件都有对应的第一电机驱动，可以对任一叶片的转速进行单独调控，可以很好的控制涂覆薄膜质量。进一步地，本叶片夹持器，第一驱动系统包括齿圈、第二电机、齿轮部、连接部；齿圈固定设置在第一腔室内；连接部具有第二旋转轴，每个夹持组件与连接部连接，每根第一旋转轴汇聚于旋转点，旋转点与第二旋转轴重合，使得夹持组件绕第一旋转轴按照预设转速周期转动的同时绕第二旋转轴转动。通过齿轮部与齿圈之间的齿轮捏合，只需要一个第二电机便可以驱动若干个夹持组件绕第一旋转轴转动，并通过调整第二电机的输出转速来控制每个夹持组件的转速，进而解决阴影效应带来的弊端。进一步地，本叶片夹持器，预设转速为：其中：θ——叶片表面积微元水平面与沉积球表面微元水平面夹角；M——单位时间内靶材料的蒸发总量；ρ——沉积薄膜的厚度；r——沉积点到蒸发源的距离。通过将预设转速按照上述计算式转动，可以获得均匀的沉积厚度。进一步地，本叶片夹持器，控制模块包括：控制芯片、驱动芯片、单片机和显示部件。进一步地，本叶片夹持器，靶材料为热障涂层材料。第二方面，本专利技术还提供一种叶片涂覆方法，包括如下步骤：扫描叶片外形参数，建立三维数学模型，获得垂直于叶片脊骨的剖面拟合曲线，安装好叶片至夹持组件；根据叶片涂覆要求，计算夹持组件的预设转速；将预设转速输入控制模块，由控制模块控制第一驱动系统驱动夹持组件按照预设转速周期转动；完成涂覆，停止作业。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图；图2是本专利技术另一实施例的示意图；图3是材料沉积示意图；图4是叶片沉积过程示意图；图5是叶片沉积过程中的另一示意图。附图标记：0001：叶片；1000：第一腔室；2000：第一加热组件；3000：盛装器皿；4000：夹持组件；4100：第一旋转轴；5000：第一驱动系统；5100：第一电机；5200：连接组件；5010：齿圈；5020：第二电机；5030：齿轮部；5040：连接部；5041：第二旋转轴；6000：控制模块；7000：第二加热组件。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参考图1，本实施例所述的叶片夹持器包括第一腔室1000，所述第一腔室1000内设置有第一加热组件2000、盛装器皿3000、至少一个夹持组件4000、第一驱动系统5000、控制模块6000；所述盛装器皿3000内装有靶材料，所述盛装器皿3000设置在所述第一腔室1000底部；所述第一加热组件2000用于蒸发靶材料；所述夹持组件4000用于夹持叶片，并具有第一旋转轴4100；所述控制模块6000用于控制所述第一驱动系统5000的转速；所述第一驱动系统5000驱动所述夹持组件4000绕所述第一旋转轴4100按照预设转速周期转动；所述预设转速为不恒定转速且由所述控制模块6000控制。盛装在盛装器皿3000中的靶材料在第一加热组件的作用下蒸发并雾化，靶材料一般为涂覆在叶片上的热障涂层材料。夹持组件4000夹持住叶片0001，并在第一驱动系统5000的驱动下绕第一旋转轴4100按照预设转速旋转，预设转速由控制模块6000控制。如果叶片匀速旋转，则会收到阴影效应的影响，导致叶片的凹面和凸面薄膜的沉积厚度不一致，所以如果预设转速以不恒定的转速旋转，可以在一定程度上避免阴影效应发生，当叶片凹面转动至下方时，则降低转速，当叶片凸面转动至下方时，则提高转速。如果想要基体各处的沉积厚度一致，涂覆材料的厚度均匀，则需要对预设转速进行控制，盛装器皿3000的尺寸相对于第一腔室2000较小，可以视为点源，点源各个方向的蒸发量一致，并设定靶材料的沉积速率和蒸发速率一致，可以进行如下推导：当基体处于静止状态时，蒸发点源各方向蒸发量一致，则：由基体表面微元与沉积球面微元的几何关系，得：dAc＝dAs×cosθ(2)基体表面微元dAc与dω的关系为：dAc＝r2×dω(3)将(2)、(3)分别代入(1)，可得：dm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶片夹持器，其特征在于，包括：第一腔室，所述第一腔室内设置有第一加热组件、盛装器皿、至少一个夹持组件、第一驱动系统、控制模块；所述盛装器皿内装有靶材料，所述盛装器皿设置在所述第一腔室底部；所述第一加热组件用于蒸发靶材料；所述夹持组件用于夹持叶片，并具有第一旋转轴；所述控制模块用于控制所述第一驱动系统的转速；所述第一驱动系统驱动所述夹持组件绕所述第一旋转轴按照预设转速周期转动；所述预设转速为不恒定转速且由所述控制模块控制。

【技术特征摘要】
1.一种叶片夹持器，其特征在于，包括：第一腔室，所述第一腔室内设置有第一加热组件、盛装器皿、至少一个夹持组件、第一驱动系统、控制模块；所述盛装器皿内装有靶材料，所述盛装器皿设置在所述第一腔室底部；所述第一加热组件用于蒸发靶材料；所述夹持组件用于夹持叶片，并具有第一旋转轴；所述控制模块用于控制所述第一驱动系统的转速；所述第一驱动系统驱动所述夹持组件绕所述第一旋转轴按照预设转速周期转动；所述预设转速为不恒定转速且由所述控制模块控制。2.根据权利要求1所述的叶片夹持器，其特征在于：所述第一加热组件为电子枪，所述第一腔室为真空腔室。3.根据权利要求2所述的叶片夹持器，其特征在于，还包括：第二加热组件，所述第二加热组件用于烘烤所述叶片。4.根据权利要求3所述的叶片夹持器，其特征在于：所述第二加热组件为加热片或电子枪。5.根据权利要求1所述的叶片夹持器，其特征在于：所述第一驱动系统包括第一电机、连接组件；每个所述夹持组件都通过连接组件与对应的所述第一电机的输出轴连接。6.根据权利要求1所述的叶片夹持器，其特征在于：所述第一驱动系统包括齿圈、第二电机、齿轮部、连接部；所述齿圈固定设置在所述第一腔室内；所述连接部具有第二旋转轴，每个所述夹持组件与所述连接部连接，每根所述第一旋转轴汇聚于旋转点，所述旋转点与所述第二旋转轴重合，使得夹持组件绕所述第一旋转轴按照预设转速周期转动的同时绕所述第二旋转轴转动。7.根据权利要求1-6任一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽，蔡书汉，周益春，张亚，朱旺，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43