本發(fā)明屬于導(dǎo)向葉片制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片制備方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率隨著渦輪入口溫度的提高而增加，目前的燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)遠(yuǎn)高于葉片材料的溫度極限，必須對(duì)渦輪葉片進(jìn)行有效的冷卻才能保證燃?xì)鉁u輪的正常工作。燃?xì)廨啓C(jī)中的高溫部件，如燃燒室、渦輪、尾噴管等的工作環(huán)境非常惡劣，由此造成高溫部件的可靠性差、壽命短。據(jù)美國(guó)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，燃?xì)廨啓C(jī)中的故障有60％以上出現(xiàn)在高溫部件，并有不斷上升的趨勢(shì)。我國(guó)的一些燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的壽命只有幾百小時(shí)，高溫部件的材料費(fèi)及加工費(fèi)高昂，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。

目前，燃?xì)廨啓C(jī)最常采用冷卻結(jié)構(gòu)是內(nèi)部冷卻結(jié)合氣膜冷卻，即在葉片表面制備出數(shù)量多而密的氣膜孔，從葉片內(nèi)腔向外噴出小股冷氣在葉片外表面形成氣膜，隔離熱源并帶走熱量，同時(shí)葉片內(nèi)腔通過(guò)冷卻氣流冷卻，以降低葉片實(shí)際的工作溫度。為達(dá)到優(yōu)良的冷卻效果，先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片冷卻結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常復(fù)雜，但冷卻效果仍顯不足，由于冷效不足，易造成導(dǎo)孔處熱障涂層剝落，導(dǎo)孔、緣板、葉身等處出現(xiàn)裂紋等缺陷，繼續(xù)保持原有散熱結(jié)構(gòu)的前提下，提高構(gòu)件的冷卻能力已十分困難。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，且能通過(guò)金屬桿單元和內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)的流體對(duì)流傳熱，具有十分良好的主動(dòng)傳熱特性，因此，采用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)這種新型的、高效的冷卻方式，有望進(jìn)一步提高燃?xì)廨啓C(jī)導(dǎo)向葉片的冷卻效率，提高構(gòu)件使用壽命，延長(zhǎng)翻修周期。

渦輪導(dǎo)向葉片傳統(tǒng)制造技術(shù)為精密鑄造。由于受到蠟?zāi)?、型芯制備、澆鑄等工藝技術(shù)限制，精密鑄造在制造超復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)澆鑄成形困難，細(xì)微結(jié)構(gòu)難以充填成形，工藝出現(xiàn)微小波動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致成批報(bào)廢。而對(duì)于帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片，采用鑄造工藝制造更加困難，幾乎無(wú)法制造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述困難，本發(fā)明提供了一種利用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制備帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片制備方法。

本發(fā)明技術(shù)方案的具體內(nèi)容是：

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由點(diǎn)陣單元組成，每個(gè)點(diǎn)陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)充滿導(dǎo)向葉片葉身內(nèi)腔，制備過(guò)程包括以下步驟：

(1)建立具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片的三維cad模型；

(2)根據(jù)點(diǎn)陣單元中的桿件的方向設(shè)計(jì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)導(dǎo)向葉片激光選區(qū)熔化成形方向，確保點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中所有桿件與成形面的夾角≥45°，所有桿件均不添加成形輔助支撐；

(3)根據(jù)步驟(2)中所確定具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的的導(dǎo)向葉片成形方向以及導(dǎo)向葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)向葉片中不能滿足自支撐的部位，添加成形輔助支撐；

(4)在成形方向上對(duì)具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片進(jìn)行分層切片處理，分割成厚度均勻的切片，切片包括導(dǎo)向葉片的橫截面輪廓和加工路徑，并將切片信息文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(5)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入合金粉末，并將成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升降平臺(tái)上；

(6)對(duì)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣；

(7)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(8)激光按步驟(4)所設(shè)計(jì)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。制備過(guò)程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(9)完成步驟(8)后，成形基板下降一個(gè)層厚的距離，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(10)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)導(dǎo)向葉片制備完成，待導(dǎo)向葉片溫度降至室溫后取出；

(11)若添加了成形輔助支撐，去除成形輔助支撐。

步驟(3)中所述的添加成形輔助支撐，是指對(duì)導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)中與成形面夾角＜45°的部位添加成形輔助支撐。

步驟(4)中所述的切片厚度為：0.02～0.05mm。

步驟(5)中所選用的合金粉末呈球形或近球形，直徑≤53μm。

步驟(5)中所選用的成形基板為45號(hào)鋼。

步驟(6)中所述氧含量為：≤20ppm。

步驟(7)中所述的粉末層厚度為：0.02～0.05mm。

步驟(8)中所述激光功率為：100～500w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.1～0.5mm。

步驟(9)中所述成形基板下降高度為：0.02～0.05mm，步驟(9)中所述的粉末層厚度為：0.02～0.05mm。

步驟(11)中所述的支撐去除為手工去除。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果

本發(fā)明首先利用計(jì)算機(jī)得到帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)導(dǎo)向葉片的cad數(shù)值模型，然后在確保點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)能順利成形的條件下，確定導(dǎo)向葉片的成形方向，再利用分層軟件在導(dǎo)向葉片的成形方向上進(jìn)行分層切片，并生成掃描路徑，最后激光根據(jù)設(shè)定的掃描路徑，逐點(diǎn)熔化沉積合金粉末，并逐層堆積，形成帶有新型冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片。本制備方法經(jīng)濟(jì)、快速，特別適合用于復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中向葉片點(diǎn)陣填充位置示意圖，其中，1葉身內(nèi)腔示意圖；2緣板外壁示意圖；

圖2是本發(fā)明點(diǎn)陣單元中一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。

采用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片，該方法的步驟是：

利用三維繪圖軟件(solidworks等)建立帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片的三維cad模型；

根據(jù)葉片中點(diǎn)陣單元的方向，調(diào)整具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片的成形方向，保證所有點(diǎn)陣單元中桿件與成形面夾角≥45°。

根據(jù)步驟(2)中所確定的導(dǎo)向葉片成形方向，以及導(dǎo)向葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)向葉片中與成形面夾角＜45°的懸空部位添加成形輔助支撐；

(1)在成形方向上對(duì)導(dǎo)向葉片進(jìn)行分層切片處理，均勻分割成厚度約為0.02～0.05μm的切片，切片包括導(dǎo)向器葉片的橫截面輪廓信息和加工路徑，并將切片文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(2)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入直徑≤53μm，球形或近球形的合金粉末，并將厚度約為50mm厚的45號(hào)鋼成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升價(jià)平臺(tái)上；

(3)對(duì)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣，直至成形腔內(nèi)氣體氧含量≤20ppm。

(4)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)厚度為0.02～0.05mm厚的一層合金粉末；

(5)激光按步驟(4)所預(yù)設(shè)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。激光掃描速度：5m·s^～1，激光功率為：100～500w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.1～0.5mm。制備過(guò)程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(6)完成步驟(8)后，成形基板下降0.02～0.05mm，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)厚度為0.02～0.05mm的合金粉末；

(7)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片制備完成，待導(dǎo)向葉片溫度降至室溫后取出；

(8)采用手工去除方式，將成形輔助支撐去除。

實(shí)施例

利用激光選區(qū)熔化制備葉腔內(nèi)帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的k640導(dǎo)向葉片：

(1)利用三維繪圖軟件(solidworks等)建立帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片的三維cad模型；

(2)根據(jù)具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片中點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)整導(dǎo)向葉片成形方向，保證導(dǎo)向葉片中所有點(diǎn)陣單元均能在不添加支撐的條件下順利成形；

(3)根據(jù)步驟(2)中所確定的導(dǎo)向葉片成形方向，以及導(dǎo)向葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)向葉片中與成形面夾角＜45°的懸空部位添加成形輔助支撐；

(4)在成形方向上對(duì)導(dǎo)向葉片進(jìn)行分層切片處理，均勻分割成厚度約為0.02～0.05μm的切片，切片包括導(dǎo)向器葉片的橫截面輪廓信息和加工路徑，并將切片文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(5)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入直徑≤53μm，球形或近球形的k640合金粉末，并將厚度約為50mm厚的45號(hào)鋼成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升價(jià)平臺(tái)上；

(6)對(duì)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣，直至成形腔內(nèi)氣體氧含量≤20ppm；

(7)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)厚度為0.03mm厚的一層合金粉末；

(8)激光按步驟(4)所預(yù)設(shè)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。激光掃描速度：5m·s^～1，激光功率為：300w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.2mm。制備過(guò)程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(9)完成步驟(8)后，成形基板下降0.03mm，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)厚度為0.03mm的k640合金粉末；

(10)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)導(dǎo)向葉片制備完成，待導(dǎo)向葉片溫度降至室溫后取出；

(11)采用手工去除方式，去除成形輔助支撐。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。