一种强化低温预冷换热的复合微纳结构表面及加工方法技术

本发明专利技术公开了一种强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，涉及低温换热领域，包括以下步骤：步骤1、先使用精密机加工方法在铝基体表面进行精密加工处理，刻蚀微通道；步骤2、对刻蚀后的表面进行预处理；步骤3、使用沸水处理工艺，在铝基表面原位生长具有特定纳米‑微米复合形貌的勃姆石结构。本发明专利技术还公开了使用以上方法制备得到的复合微纳结构表面。本发明专利技术工艺简单、绿色环保，无需复杂设备或严苛工艺条件，可使生产成本降低50％以上，能耗减少90％。此外，能够实现复杂形状铝材传统方法难以处理部位的均匀改性，结构的耐久性提升。经处理的表面临界热流密度较传统表面提升90％，莱顿弗罗斯特点温度提升20K。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温换热领域，尤其涉及一种强化低温预冷换热的复合微纳结构表面及加工方法。

技术介绍

1、低温预冷是低温系统运行前的一个关键步骤，尤其在航空航天领域，涉及液氢、液氧等低温推进剂的输送与储存过程中，其效率直接影响系统的安全性和性能。随着航天技术的快速发展，新一代运载火箭和航天器对低温推进系统的性能要求日益提高，传统的低温预冷技术已难以满足需求。在深空探测、可重复使用运载器等前沿领域，快速高效的低温预冷过程不仅关系到推进系统的可靠性，更是实现任务成功的关键因素之一。当前低温预冷主要面临三大技术难题：首先是换热效率不足，传统光滑金属表面在液氢环境中的换热系数很低，导致预冷时间过长；其次是温度分布不均，容易引发热应力问题；第三是推进剂损耗严重，单次发射预冷就可能损失数百公斤液氢。这些问题在商业航天快速发展的背景下显得尤为突出。特别是在商业航天快速发展的背景下，降低推进剂消耗、缩短发射准备时间等需求，使得通过表面改性技术提升换热性能变得更为迫切。此外，随着环保要求的不断提高，传统表面处理技术带来的环境污染问题也亟待解决，这进一步凸显了开发新型绿色高效表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述步骤1中的精密机加工方法包括精密铣削或高精度激光加工。

3.如权利要求2所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述精密铣削加工方法具体为：采用定制化超细刀具进行精密加工，所述定制化超细刀具系统采用金刚石涂层硬质合金刀体，所述定制化超细刀具的直径为0.10mm±0.005mm，刃口圆弧半径R≤0.5mm、前角为10°±1°、后角为6°±0.5°并配备高频主轴和亚微米级进...

【技术特征摘要】

1.一种强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述步骤1中的精密机加工方法包括精密铣削或高精度激光加工。

3.如权利要求2所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述精密铣削加工方法具体为：采用定制化超细刀具进行精密加工，所述定制化超细刀具系统采用金刚石涂层硬质合金刀体，所述定制化超细刀具的直径为0.10mm±0.005mm，刃口圆弧半径r≤0.5mm、前角为10°±1°、后角为6°±0.5°并配备高频主轴和亚微米级进给系统。

4.如权利要求3所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述精密铣削加工过程中采用分层铣削策略，严格控制进给速度，同时使用水基纳米流体冷却和实施在线刀具磨损监测，确保切削力波动控制在±5％以内。

5.如权利要求2所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述高精度激光加工方法具体为：采用波长355nm±5nm的高精度紫外激光系统进行精密刻蚀，脉宽10ns±0.5ns、重复定位精度±0.2μm的亚微米级定位平台和实时焦点追踪系统。

6.如权利要求5所述的强化低温预冷换热的复合微纳结构表面的加工方法，其特征在于，所述高精度激光加工过程中采用分层能量调控策略，精确控制脉冲重叠率和扫描速度，同时使用氮气辅助吹扫和原位光学监测，确保刻蚀深度波动控制在±2％以内；通过闭环能量补偿系统和实时表面形貌检测，实现结构侧壁垂直度≥89°的加工质量。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，陈思蒙，罗威，杨博凯，吴静怡，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：