【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器热防护，尤其涉及一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法。
技术介绍
1、超高声速飞行器在超音速飞行过程中由于空气摩擦在头锥、翼缘等位置会产生巨大的气动热，最高可能需要承受超过10mw/m2的极端热流密度，对超高声速飞行器安全飞行带了极大的挑战。为了使飞行器达到长时间、重复使用的目的，必须采取非烧蚀的热防护方法来保证飞行器前缘的安全可靠。
2、自抽吸发汗冷却是一种高效且极具应用潜力的前缘主动冷却热防护方法。其作用机理是：冷却介质在毛细力驱动下通过多级流道结构发生输运、换热、相变等过程，并在构件表面形成一层气膜保护层，隔绝空气与构件间摩擦产生的超高温热流。发汗冷却热防护方案主要有两个优势：1)具有更强的冷却能力，主要原因是一般选择比热容较大的液体(如水)作为冷却介质，其相变过程中可以吸收更多的热量；2)发汗冷却热防护采用类似于树叶的多级输运流道，能够在毛细力作用下自主实现冷却介质运输，不需要附加动力装置，进一步起到减重的目的。然而在实际使用过程中发汗式主动冷却热防护方案并没有达到理想的效果，相关研究发现：导致热防护效果降低的主要原因是多级流道结构设计及制备技术不成熟，流道分布及尺寸可控性较低，导致冷却介质输运困难。
3、目前发汗式主动冷却多级流道结构的加工方法是粉末烧结、层板刻蚀。粉末烧结法通过烧结球状金属粉末或复合材料，制备多孔介质，流道分布及尺寸无法控制。层板刻蚀是在薄板上刻蚀流道，再一层层扩散焊接，流道可控，但设计加工复杂流道效果不佳，且成本较高。
4、因此，亟需一种
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供了一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，用以解决现有前缘构件热防护效果较差的问题。
2、一方面，本专利技术提供了一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，包括以下步骤：
3、s1：根据前缘构件的模型结构特点，进行切片处理，获得增材制造样件模型；所述增材制造样件模型由内到外包括内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层，其中内部致密层中设置有分形流道；
4、s2：根据增材制造样件模型进行粉末床增材制造，控制工艺参数和扫描策略，制得由内到外包括内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层的毛坯；
5、s3：对所得毛坯进行热处理，去除增材制造过程中产生的残余应力；
6、s4：利用飞秒激光在加工后毛坯的表面上进行加工。
7、进一步地，所述s1之前还包括s0：粉末预处理，对原材料进行真空低温烘干处理。
8、进一步地，在步骤s0中，烘干后原材料的流动性为5～18s/50g。
9、进一步地，在步骤s2中，增材制造包括以下步骤，
10、s21：将增材制造样件模型从内部到表面拆分成厚度不同的内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层；
11、s22：在基板上均匀铺展一层粉末原材料，根据内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层设置不同的工艺参数；
12、s23：待第一层粉末成形后，在第一层基础上再进行铺粉，重复s32过程，获得具有三层结构毛坯。
13、进一步地，在步骤s22中，所述增材制造为电子束选区增材，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，电子束选区熔化的束流为15-40ma，扫描速度为0.5-5mm/s，粉末厚度为40-60μm，搭接间距为70-125μm。
14、在制备中间多孔材料层时，电子束选区烧结的束流为10-40ma，扫描速度为3-20mm/s，粉末厚度为40-60μm，搭接间距为70-125μm。
15、进一步地，在步骤s32中，所述增材制造为激光选区熔化，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，激光功率为250-350w，扫描速度为800-1000mm/s，搭接间距为40-60μm，粉末厚度为40-60μm，逐层旋转67°；
16、在制备中间多孔材料层时，激光选区熔化的激光功率为150-200w，扫描速度为1000-1200mm/s，搭接间距为70-80μm，粉末厚度为40-60μm，不旋转。
17、进一步地，所述内部致密层和所述表面发汗结构层的致密度为99％以上；所述中间多孔材料层的孔隙率为30-50％。
18、进一步地，所述表面发汗结构层的厚度500-800μm，所述中间多孔材料层的厚度5-10mm，所述内部致密层的厚度10-15mm。
19、进一步地，所述s4包括：
20、t1：固定毛坯，设置参数；
21、t2：飞秒激光打孔：利用飞秒激光在毛坯的表面发汗结构层上进行激光打孔，保证激光光束垂直于毛坯的表面；
22、t3：飞秒激光表面微结构加工：利用飞秒激光设备对构件表面位置进行加工，形成亲水的微结构，便于冷却介质的铺展。
23、进一步地，在步骤t2过程中，飞秒激光打孔工艺参数：激光光斑直径为10-20μm；激光脉冲宽度为500-800fs；激光波长为1030nm；单脉冲能量为20-50μj；重复频率为500-700khz，扫描速率为200-400mm/s。
24、进一步地，在步骤t3过程中，飞秒激光表面微结构加工工艺：激光光斑直径为50-70μm；激光脉冲宽度为100-300fs；激光波长为1030nm；单脉冲能量为20-50μj；重复频率为1-3khz，扫描速率为0.5-10mm/s。
25、进一步地，s3和s4之间还包括：机械加工，对退火后的毛坯去除表面存在烧结粉末、杂质，然后进行加工；
26、另一方面，本专利技术还提供了一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件，采用上述制造方法得到。
27、进一步地，所述前缘构件为圆锥形，由三层结构构成，从内到外依次是内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层，并且在内部致密层中含有孔径≥1mm的常规分形流道；在中间多孔材料层中含有孔径为60-200μm的三维空隙流道，在表面发汗结构层上含有孔径为30～50μm的微尺度发汗流道，所述常规分形流道、所述三维空隙流道和所述微尺度发汗流道相互连通。
28、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
29、1、本专利技术提供了一种制造方法，用于制备发汗式主动冷却前缘构件，通过增材制造和飞秒激光加工等相互配合，能够制备出具有表面发汗结构层、中间多孔材料层和内部致密层的前缘构件，三层结构之间均是冶金结合，并且三层结构内分别形成常规分形流道、三维空隙流道和微尺度发汗流道，且流道之间相互贯通，尺寸精度较高，此外，制造方法较为简单，易于控制。
30、2、在本专利技术中通过模型设计和控制增材制造过程中的工艺参数和扫描策略，能够在中间多孔材料层形成直径为60～200μm的三维空隙流道，能够在内部致密层内形成常规分形流道，如孔径≥1mm常规分形流道的，最后通过飞秒激光在表面发汗结构层上加工孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述S1之前还包括S0：粉末预处理，对原材料进行真空低温烘干处理。
3.根据权利要求2所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S0中，烘干后原材料的流动性为5～18s/50g。
4.根据权利要求1所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，增材制造包括以下步骤，
5.根据权利要求4所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S22中，所述增材制造为电子束选区增材，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，电子束选区熔化的束流为15-40mA，扫描速度为0.5-5mm/s，粉末厚度为40-60μm，搭接间距为70-125μm；
6.根据权利要求4所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S22中，所述增材制造为激光选区熔化，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，激光功率为250-350W，扫描速度为
7.根据权利要求5或6所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述内部致密层和所述表面发汗结构层的致密度为99％以上；所述中间多孔材料层的孔隙率为30-50％。
8.根据权利要求5或6所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述表面发汗结构层的厚度500-800μm，所述中间多孔材料层的厚度5-10mm，所述内部致密层的厚度10-15mm。
9.根据权利要求1所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述S4包括：
10.一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制造方法得到。
...【技术特征摘要】
1.一种自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述s1之前还包括s0：粉末预处理，对原材料进行真空低温烘干处理。
3.根据权利要求2所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s0中，烘干后原材料的流动性为5～18s/50g。
4.根据权利要求1所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s2中，增材制造包括以下步骤，
5.根据权利要求4所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s22中，所述增材制造为电子束选区增材，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，电子束选区熔化的束流为15-40ma，扫描速度为0.5-5mm/s，粉末厚度为40-60μm，搭接间距为70-125μm；
6.根据权利要求4所述自抽吸发汗式主动冷却前缘构...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海龙，王志敏，车磊，赵文正，李鹏，何智，苏胜伟，秦中环，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。