【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器热防护，尤其涉及一种纯钨材质主动冷却前缘构件及其制造方法。
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，亟需一种热
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纯钨材质主动冷却前缘构件及其制造方法，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纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，包括以下步骤：
3、s1：粉末预处理，对纯钨材质粉末进行真空低温烘干处理；纯钨材质粉末的d10为45～50μm，d50为72～78μm，d90为100～108μm；松装密度≥10.5g/cm3；
4、s2：增材制造，根据前缘构件模型将纯钨材质粉末进行电子束选区增材制造，制得毛坯；所述毛坯由内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层构成；
5、s4：热处理，将所述毛坯置于热处理炉中进行热处理；所述热处理的加热温度为1100-1300℃，保温时间为1-2h；
6、s5：机械加工，对热处理后的毛坯去除表面存在烧结粉末、杂质，然后进行加工；
7、s6：利用飞秒激光在所述毛坯的表面发汗结构层上进行两次加工，制得三层三流道前缘构件。
8、进一步地，在步骤s1中，烘干后纯钨材质粉末流动性≤6.5s/50g。
9、进一步地，所述纯钨材质粉末的纯度≥99.95％。
10、进一步地，在步骤s2中，在增材制造前，对纯钨材质粉末进行预热处理，预热温度为900-1100℃。
11、进一步地，所述预热处理采用电子束离焦加热方式，其工艺参数：束流10-20ma，扫描速度为3-6m/s，粉末厚度为40-60μm。
12、进一步地，在步骤s2中，所述增材制造采用电子束选区熔化，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，其工艺参数：束流15-20ma；扫描速度为0.5-1.0m/s；搭接间距80-100μm；粉末厚度为40-60μm；
13、在制备中间多孔材料层时，电子束选区烧结的工艺参数：束流10-20ma；扫描速度为3-6m/s，粉末厚度为40-60μm。
14、进一步地，所述表面发汗结构层的厚度500-800μm，所述内部致密层的厚度10-15mm，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。
15、进一步地，所述中间多孔材料层的厚度5-10mm，所述中间多孔材料层的孔隙率为30-50％。
16、进一步地，在飞秒激光加工过程中，两次飞秒激光加工分别是飞秒激光打孔和飞秒激光表面微结构加工：
17、飞秒激光打孔的工艺参数为：激光光斑直径10-20μm；激光脉冲宽度500-800fs；激光波长1030nm；单脉冲能量为40-50μj；重复频率为500-700khz；扫描速率200-400mm/s；
18、飞秒激光表面微结构加工参数为：激光光斑直径50-70μm；脉冲宽度为100-300fs；激光波长为1030nm；单脉冲能量为40-50μj；重复频率为1-3khz；扫描速率为0.5-1.0mm/s。
19、另一方面，本专利技术提供了一种纯钨材质主动冷却前缘构件，所述纯钨材质主动冷却前缘构件从内到外依次包括内部致密层、中间多孔材料层和表面发汗结构层构成，在所述内部致密层中设置有常规分形流道，其孔径≥1mm；在所述中间多孔材料层中设置有直径为60μm-200um的三维空隙流道；在所述表面发汗结构层中设置孔径为30～50μm的微尺度发汗流道。
20、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：
21、1、本专利技术提供了一种发汗式主动冷却前缘构件的制造方法，用于制备纯钨材质前缘构件，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含有常规分形流道、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，制备方法较为简单，易于控制。
22、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和内部致密层内分别成形直径为60～200μm的三维空隙流道和孔径≥1mm的常规分形流道，最后通过飞秒激光在表面发汗结构层上加工孔径为30～50μm的微尺度发汗流道，成形效率较高。
23、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种纯钨材质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所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S1中，烘干后纯钨材质粉末流动性≤6.5s/50g。
3.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述纯钨材质粉末的纯度≥99.95％。
4.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，在增材制造前，对纯钨材质粉末进行预热处理，预热温度为900-1100℃。
5.根据权利要求4所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述预热处理采用电子束离焦加热方式，其工艺参数：束流10-20mA，扫描速度为3-6m/s，粉末厚度为40-60μm。
6.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述增材制造采用电子束选区熔化，在制备内部致密层和表面发汗结构层时，其工艺参数：束流15-20mA；扫描速度为0.5-1.0m/s；搭接间距80-100μm；粉末厚度为40-60μm；>
7.根据权利要求6所述纯钨材质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，所述内部致密层的厚度10-15mm，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。
8.根据权利要求6所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述中间多孔材料层的厚度5-10mm，所述中间多孔材料层的孔隙率为30-50％。
9.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在飞秒激光加工过程中，两次飞秒激光加工分别是飞秒激光打孔和飞秒激光表面微结构加工；
10.一种纯钨材质主动冷却前缘构件，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述制造方法获得。
...【技术特征摘要】
1.一种纯钨材质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所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s1中，烘干后纯钨材质粉末流动性≤6.5s/50g。
3.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述纯钨材质粉末的纯度≥99.95％。
4.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s2中，在增材制造前，对纯钨材质粉末进行预热处理，预热温度为900-1100℃。
5.根据权利要求4所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，所述预热处理采用电子束离焦加热方式，其工艺参数：束流10-20ma，扫描速度为3-6m/s，粉末厚度为40-60μm。
6.根据权利要求1所述纯钨材质主动冷却前缘构件的制造方法，其特征在于，在步骤s2中，所述增材制造采用电...
【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：
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