本發(fā)明屬于電子束物理氣相沉積技術(shù)，用于葉片表面電子束物理氣相沉積MCrAlY、YSZ、Al2O3、TiN等多種涂層體系，具體為一種葉片氣相沉積涂層用定角度變速裝置及控制方法。

背景技術(shù)：
電子束物理氣相沉積(EB－PVD)技術(shù)具有沉積速率高、涂層致密、化學(xué)成分易于精確控制、可得到柱狀晶組織、無(wú)污染以及熱效率高等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜谥苽錈嵴贤繉?、耐磨涂層、防腐涂層、微層材料等。電子束物理氣相沉積技術(shù)的工作原理如圖1所示，當(dāng)葉片按照?qǐng)D示位置與工件轉(zhuǎn)軸裝卡后，啟動(dòng)伺服電機(jī)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速10～30rpm。當(dāng)真空室內(nèi)真空度到達(dá)10-4～10-1Pa的工作范圍時(shí)，就可以啟動(dòng)電子束系統(tǒng)。電子槍發(fā)射的電子束照射到被鍍材料表面的局部區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域溫度迅速升高，致使被鍍材料在此區(qū)域形成爆發(fā)性的汽化蒸發(fā)，生成空間等離子體。在空間等離子區(qū)域中的工件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在工件表面形成均勻的沉積涂層(大多數(shù)情況下還需要外加偏壓以促進(jìn)等離子體的定向移動(dòng)，加速沉積鍍膜的形成)。大多數(shù)渦輪葉片形狀為回轉(zhuǎn)體或近似回轉(zhuǎn)體(如圖2所示)，在涂鍍過(guò)程中在A-A剖面、B-B剖面的四周均可以獲得涂層。而圖2所示的葉片葉身在A-A剖面中顯示兩片葉身互相遮蔽，大多數(shù)被鍍材料的等離子體被葉身的外表面阻擋，無(wú)法進(jìn)入兩葉身所形成的夾縫當(dāng)中。導(dǎo)致葉身形成的夾縫空間等離子體濃度降低，涂層沉積速度低于葉片其他部分。當(dāng)按照原有工藝涂鍍足夠長(zhǎng)的時(shí)間以后，難形成涂層的表面上只能形成比其他表面薄的多的涂層，影響涂層的使用性能。因此，如何保證渦輪葉片葉身各個(gè)區(qū)域涂層厚度均勻性一直以來(lái)都在影響著電子束物理氣相沉積的廣闊應(yīng)用。因而，極有必要設(shè)計(jì)一種裝置，降低沉積過(guò)程中的物理遮蔽現(xiàn)象，保證葉片各個(gè)區(qū)域涂層厚度達(dá)到要求，保證涂層的使用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為有效消除涂層沉積時(shí)物理遮蔽效應(yīng)，保證渦輪葉片各涂覆區(qū)域涂層的均勻性，本發(fā)明提出一種葉片氣相沉積涂層用定角度變速裝置及控制方法，通過(guò)定角度改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(即工件轉(zhuǎn)速)，延長(zhǎng)工件遮蔽區(qū)域(圖3中慢速區(qū)域)的涂覆相對(duì)時(shí)間，從而克服由于工件外形遮蔽造成的涂層均勻性影響。用于解決電子束物理氣相沉積設(shè)備工件局部表面沉積熱障涂層時(shí)的物理遮蔽問(wèn)題，擴(kuò)展設(shè)備的適用范圍，從而能夠?qū)ぜ庑我蛩氐挠绊懣梢院雎?，并以此?shí)現(xiàn)提高設(shè)備控制精度的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為：所述一種葉片氣相沉積涂層用定角度變速裝置，包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于：還包括外加控制電路和凸輪；所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)器、繼電器、第1電位器、第2電位器、0號(hào)電阻、1號(hào)電阻；0號(hào)電阻與第1電位器組成串聯(lián)電路接在驅(qū)動(dòng)器VT+和VT-端子之間，第1電位器的調(diào)整端連接驅(qū)動(dòng)器CH端子；繼電器、1號(hào)電阻與第2電位器組成串聯(lián)電路接在驅(qū)動(dòng)器CH和VT-端子之間；外加控制電路包括U型槽光電開(kāi)關(guān)，控制電源盒；外部電源通過(guò)控制電源盒給U型槽光電開(kāi)關(guān)和繼電器供電；U型槽光電開(kāi)關(guān)控制繼電器的通斷；凸輪與葉片同軸安裝，凸輪為變徑結(jié)構(gòu)，凸輪大徑段與小徑段的分布，同葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需低轉(zhuǎn)速區(qū)域與高轉(zhuǎn)速區(qū)域的分布一致；且凸輪隨葉片同軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，凸輪大徑段能夠遮擋U型槽光電開(kāi)關(guān)的光束，凸輪小徑段不能夠遮擋U型槽光電開(kāi)關(guān)的光束。進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種葉片氣相沉積涂層用定角度變速裝置，其特征在于：控制電源盒包括變速開(kāi)關(guān)和設(shè)定開(kāi)關(guān)；所述變速開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，外加控制電路工作；所述設(shè)定開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，繼電器強(qiáng)制接通。所述一種葉片氣相沉積涂層用定角度變速控制方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：將凸輪與葉片同軸安裝，且凸輪大徑段與小徑段的分布，同葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需低轉(zhuǎn)速區(qū)域與高轉(zhuǎn)速區(qū)域的分布嚴(yán)格對(duì)齊；步驟2：控制電源盒中的變速開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)；啟動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)，調(diào)整第1電位器，使得葉片轉(zhuǎn)速達(dá)到高轉(zhuǎn)速區(qū)域的轉(zhuǎn)速要求；步驟3：接通變速開(kāi)關(guān)和設(shè)定開(kāi)關(guān)，調(diào)整第2電位器，使得葉片轉(zhuǎn)速達(dá)到低轉(zhuǎn)速區(qū)域的轉(zhuǎn)速要求；步驟4：斷開(kāi)設(shè)定開(kāi)關(guān)；伺服電機(jī)帶動(dòng)凸輪和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)葉片的轉(zhuǎn)角位置變化連在高低速之間自動(dòng)切換。有益效果本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)改變?nèi)~片旋轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使葉片的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角相關(guān)聯(lián)，當(dāng)葉片被遮蔽表面轉(zhuǎn)到離子團(tuán)正對(duì)的位置時(shí)，降低葉片的旋轉(zhuǎn)速度，延長(zhǎng)離子團(tuán)形成涂層的時(shí)間，從而改善涂層厚度不均勻的情況。另外，還可以對(duì)葉片表面涂層厚度要求不等的區(qū)域進(jìn)行沉積，厚度要求較厚的區(qū)域停留時(shí)間較長(zhǎng)，厚度要求較薄的區(qū)域停留時(shí)間較短。同時(shí)，可用于渦輪工作葉片和渦輪導(dǎo)向葉片表面涂層沉積加工，而且對(duì)多聯(lián)(2～5聯(lián))導(dǎo)向葉片沉積涂層同樣適用。該裝置可用于MCrAlY涂層、YSZ涂層、Al2O3涂層、TiN涂層等多種涂層體系的沉積加工。本發(fā)明比較現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①使用該技術(shù)后，電子束物理氣相沉積設(shè)備沉積涂層時(shí)，可以有效降低物理遮蔽效應(yīng)，提高涂層均勻性，提升葉片使用壽命；并能夠顯著提高設(shè)備控制精度，拓寬設(shè)備應(yīng)用范圍。②電子束物理氣相沉積設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸控制電路改造后，設(shè)備原操作工序和原工藝參數(shù)不受影響，操作人員在對(duì)原有其他葉片的加工操作過(guò)程無(wú)變化(僅需斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K0即可)。③本發(fā)明相對(duì)于原有設(shè)備改造周期短，僅需設(shè)備停機(jī)2個(gè)小時(shí)；改造成本低，元器件費(fèi)用不足百元。附圖說(shuō)明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1電子束物理氣相沉積涂層設(shè)備構(gòu)造圖；圖2渦輪葉片葉身剖面圖；圖3速度快慢區(qū)域圖；圖4慢速區(qū)域與快速區(qū)域的劃分圖；圖5凸輪凸面與凹面夾角分布圖；圖6原伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；圖7改進(jìn)后伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；圖8電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)于時(shí)間周期以及葉片轉(zhuǎn)角區(qū)域變化圖；圖9渦輪葉片截面厚度各個(gè)檢測(cè)部位。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本實(shí)施例原理為通過(guò)改變?nèi)~片旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使葉片的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角相關(guān)聯(lián)，當(dāng)葉片被遮蔽表面轉(zhuǎn)到離子團(tuán)正對(duì)的位置時(shí)，降低葉片的旋轉(zhuǎn)速度，延長(zhǎng)離子團(tuán)形成涂層的時(shí)間，從而改善涂層厚度不均勻的情況。接下來(lái)對(duì)葉片的轉(zhuǎn)角位置通過(guò)檢測(cè)手段予以確定。如圖3所示，將葉片在空間的旋轉(zhuǎn)位置分為四個(gè)區(qū)域，分別包括：2個(gè)慢速區(qū)域和2個(gè)快速區(qū)域?？焖賲^(qū)域和慢速區(qū)域的劃分是根據(jù)葉片遮蔽區(qū)和非遮蔽區(qū)相對(duì)于正底部的粒子團(tuán)形成區(qū)域位置劃分出來(lái)的。當(dāng)快速區(qū)域轉(zhuǎn)到正底部時(shí)，葉片轉(zhuǎn)速采用15～30rpm，當(dāng)慢速區(qū)域轉(zhuǎn)到正底部時(shí)，對(duì)應(yīng)葉片轉(zhuǎn)速采用5～15rpm?？焖賲^(qū)域以便于獲得工藝要求的沉積速度；而慢速區(qū)域，由于工件轉(zhuǎn)速降低至不到原轉(zhuǎn)速的1/2，會(huì)導(dǎo)致被遮蔽區(qū)域在粒子團(tuán)中的滯留時(shí)間延長(zhǎng)，鍍膜厚度增加，利用這種厚度增加量來(lái)消除因遮蔽導(dǎo)致夾縫內(nèi)表面涂層厚度低的情況發(fā)生。圖6所示為原伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用驅(qū)動(dòng)器CH，外置第1電位器Rw1進(jìn)行速度控制。驅(qū)動(dòng)器選用三菱公司的MR-J2S-100A驅(qū)動(dòng)器，功率：1KW，額定電壓：220V，速度響應(yīng)頻率：50KHz；第1電位器Rw1電阻值范圍為0～2000Ω。圖中VT+和VT-之間提供直流12V電壓，該電壓作用在0號(hào)電阻R0和第1電位器Rw1構(gòu)成的串聯(lián)電路上，而第1電位器Rw1的調(diào)整端連接驅(qū)動(dòng)器CH端子，調(diào)整第1電位器RW1可以改變CH點(diǎn)電壓，而伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常與CH端子的電壓呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。該圖中CH端的電壓變化范圍根據(jù)計(jì)算為9.6～0V，VT+和VT-之間提供直流電流為4.8mA。圖7所示為改進(jìn)后的電路原理圖，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路增加了繼電器KA、1號(hào)電阻R1和第2電位器Rw2。第2電位器Rw2電阻值為0～10000Ω，0號(hào)電阻的電阻值為500Ω；1號(hào)電阻的電阻值為500Ω。繼電器KA、1號(hào)電阻R1與第2電位器Rw2組成串聯(lián)電路接在驅(qū)動(dòng)器CH和VT-端子之間。圖7中的外加控制電路包括U型槽光電開(kāi)關(guān)T1，控制電源盒，U型槽光電開(kāi)關(guān)選用OMR-ON光電開(kāi)關(guān)EE-SX672，檢測(cè)方式：透過(guò)型(溝槽型)；檢測(cè)距離：5mm(溝槽寬幅)；應(yīng)差距離：0.025mm；NPN集極開(kāi)路輸出：DC5V～24V，100mA；電源供應(yīng)：DC5～24V，應(yīng)用于轉(zhuǎn)速感測(cè)或移動(dòng)偵測(cè)。外部電源通過(guò)控制電源盒給U型槽光電開(kāi)關(guān)和繼電器供電；U型槽光電開(kāi)關(guān)控制繼電器的通斷；凸輪與葉片同軸安裝，凸輪為變徑結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖4中關(guān)于慢速區(qū)域與快速區(qū)域的劃分，可以得到圖5所示的凸輪大徑段與小徑段夾角分布情況，再根據(jù)安裝位置和配合軸的尺寸要求凸輪L1的外形就可以基本確定。另外，將凸輪做成對(duì)稱的兩半是為了便于安裝。凸輪大徑段與小徑段的分布，同葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需低轉(zhuǎn)速區(qū)域與高轉(zhuǎn)速區(qū)域的分布一致；且凸輪隨葉片同軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，凸輪大徑段能夠遮擋U型槽光電開(kāi)關(guān)的光束，凸輪小徑段不能夠遮擋U型槽光電開(kāi)關(guān)的光束?？刂齐娫春邪ㄗ兯匍_(kāi)關(guān)K0和設(shè)定開(kāi)關(guān)K1；所述變速開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，外加控制電路工作；所述設(shè)定開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，繼電器強(qiáng)制接通。在圖7中，外部電源通過(guò)控制電源盒給U型槽光電開(kāi)關(guān)T1和繼電器KA供電，供電電壓為直流12V。由于凸輪安裝在驅(qū)動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致光電開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的繼電器KA通/斷轉(zhuǎn)換。當(dāng)KA的觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)CH點(diǎn)的電壓UCH的變化范圍9.6～0V，此時(shí)電機(jī)應(yīng)位于快速運(yùn)行階段。當(dāng)KA的觸點(diǎn)接通時(shí)CH點(diǎn)的電壓UCH的變化范圍約為9.33～0V，此時(shí)電機(jī)應(yīng)位于慢速運(yùn)行階段。采用本實(shí)施例改進(jìn)后的電路進(jìn)行控制的過(guò)程如下：步驟1：按原設(shè)備操作要求裝夾葉片零件，將凸輪與葉片同軸安裝，且凸輪大徑段與小徑段的分布，同葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需低轉(zhuǎn)速區(qū)域與高轉(zhuǎn)速區(qū)域的分布嚴(yán)格對(duì)齊；步驟2：控制電源盒中的變速開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)；啟動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)，調(diào)整第1電位器Rw1，使得葉片轉(zhuǎn)速達(dá)到高轉(zhuǎn)速區(qū)域的轉(zhuǎn)速要求15～30rpm；步驟3：接通變速開(kāi)關(guān)K0和設(shè)定開(kāi)關(guān)K1，調(diào)整第2電位器RW2，使得葉片轉(zhuǎn)速達(dá)到低轉(zhuǎn)速區(qū)域的轉(zhuǎn)速要求；步驟4：斷開(kāi)設(shè)定開(kāi)關(guān)；伺服電機(jī)帶動(dòng)凸輪和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)葉片的轉(zhuǎn)角位置變化連在高低速之間自動(dòng)切換。如果要關(guān)閉高低速切換只需斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K0即可圖8所示為電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)于時(shí)間周期以及葉片轉(zhuǎn)角區(qū)域變化圖：因?yàn)槿~片在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中存在2個(gè)快速區(qū)域和2個(gè)慢速區(qū)域，當(dāng)采用15rpm的快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)計(jì)算可得：葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為6.78s，平均轉(zhuǎn)速為8.85rpm。慢速區(qū)凸輪夾角：83°；快速區(qū)凸輪夾角：97°；慢速葉片轉(zhuǎn)動(dòng)周期：1/6s；快速葉片轉(zhuǎn)動(dòng)周期：1/15s；慢速區(qū)域轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間＝(慢速區(qū)凸輪夾角/360)×慢速葉片轉(zhuǎn)動(dòng)周期×60＝2.31(s)；快速區(qū)域轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間＝(快速區(qū)凸輪夾角/360)×快速葉片轉(zhuǎn)動(dòng)周期×60＝1.08(s)。圖9所示為渦輪葉片截面厚度各個(gè)檢測(cè)部位，針對(duì)導(dǎo)向葉片設(shè)計(jì)使用要求，確定采用轉(zhuǎn)速為15rpm，慢速區(qū)域?yàn)?rpm。表1、表2中結(jié)果為采用變轉(zhuǎn)速沉積涂層后葉片截面不同位置涂層厚度值；表3中結(jié)果為未采用變速裝置沉積涂層后葉片各截面不同位置厚度值。從表1、表2中可發(fā)現(xiàn)，葉片截面涂層最厚部位與最薄部位涂層厚度比值為2：1，而在表3中，葉片截面涂層最厚部位與最薄部位涂層厚度比值大于3：1。從結(jié)果可以得出以下結(jié)論：采用本發(fā)明一種葉片氣相沉積涂層定角度變轉(zhuǎn)速裝置后，葉片各部位涂層厚度均勻性得到有效改善，完全能夠滿足涂層厚度設(shè)計(jì)要求。表1表2表3盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。