[发明专利]一种具有点阵冷却结构的导向叶片制备方法

说明书

本发明属于导向叶片制备技术领域，特别涉及一种具有点阵冷却结构的导向叶片制备方法。本发明采用激光选区熔化快速成型技术制备具有点阵结构的导向叶片，点阵结构由点阵单元组成，每个点阵单元由杆件组成，点阵单元呈四面体或金字塔或kagome构型，点阵结构充满导向叶片叶身内腔，本发明以激光为能量源，利用粉末床选区快速成型设备，通过设置合适的导向叶片成形方向和工艺参数，直接由CAD模型一步完成带有点阵结构的导向器叶片的制备，无需模具，合金材料利用率高，得到的导向器叶片散热性能优异，成形精度良好，可大幅度改善导向叶片的散热性能，提高冷却效率。

技术领域

本发明属于导向叶片制备技术领域，特别涉及一种具有点阵冷却结构的导向叶片制备方法。

背景技术

燃气涡轮发动机的效率随着涡轮入口温度的提高而增加，目前的燃气温度已经远高于叶片材料的温度极限，必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能保证燃气涡轮的正常工作。燃气轮机中的高温部件，如燃烧室、涡轮、尾喷管等的工作环境非常恶劣，由此造成高温部件的可靠性差、寿命短。据美国权威部门的统计，燃气轮机中的故障有60％以上出现在高温部件，并有不断上升的趋势。我国的一些燃气轮机高温部件的寿命只有几百小时，高温部件的材料费及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重。

目前，燃气轮机最常采用冷却结构是内部冷却结合气膜冷却，即在叶片表面制备出数量多而密的气膜孔，从叶片内腔向外喷出小股冷气在叶片外表面形成气膜，隔离热源并带走热量，同时叶片内腔通过冷却气流冷却，以降低叶片实际的工作温度。为达到优良的冷却效果，先进燃气轮机的叶片冷却结构已经非常复杂，但冷却效果仍显不足，由于冷效不足，易造成导孔处热障涂层剥落，导孔、缘板、叶身等处出现裂纹等缺陷，继续保持原有散热结构的前提下，提高构件的冷却能力已十分困难。

点阵结构具有较高的表面积，且能通过金属杆单元和内部连通结构的流体对流传热，具有十分良好的主动传热特性，因此，采用点阵结构这种新型的、高效的冷却方式，有望进一步提高燃气轮机导向叶片的冷却效率，提高构件使用寿命，延长翻修周期。

涡轮导向叶片传统制造技术为精密铸造。由于受到蜡模、型芯制备、浇铸等工艺技术限制，精密铸造在制造超复杂结构时浇铸成形困难，细微结构难以充填成形，工艺出现微小波动，就会导致成批报废。而对于带有点阵结构的导向叶片，采用铸造工艺制造更加困难，几乎无法制造。

发明内容

为克服上述困难，本发明提供了一种利用激光选区熔化成形技术制备带有点阵结构的导向叶片制备方法。

本发明技术方案的具体内容是：

采用激光选区熔化快速成型技术制备具有点阵结构的导向叶片，点阵结构由点阵单元组成，每个点阵单元呈四面体或金字塔或kagome构型，点阵结构充满导向叶片叶身内腔，制备过程包括以下步骤：

(1)建立具有点阵结构的导向叶片的三维CAD模型；

(2)根据点阵单元中的杆件的方向设计点阵结构导向叶片激光选区熔化成形方向，确保点阵结构中所有杆件与成形面的夹角≥45°，所有杆件均不添加成形辅助支撑；

(3)根据步骤(2)中所确定具有点阵结构的的导向叶片成形方向以及导向叶片的结构特点，对导向叶片中不能满足自支撑的部位，添加成形辅助支撑；

(4)在成形方向上对具有点阵结构的导向叶片进行分层切片处理，分割成厚度均匀的切片，切片包括导向叶片的横截面轮廓和加工路径，并将切片信息文件导入激光选区熔化快速成形设备中；

(5)在激光选区熔化快速成形设备的粉末桶内装入合金粉末，并将成形基板置于激光选区熔化成形设备的成形腔内的可升降平台上；

(6)对激光选区熔化成形设备的成形腔中充入高纯氩气；

(7)使用激光选区熔化快速成形设备中的刮粉装置，在成形基板上均匀铺设一层合金粉末；