[发明专利]一种用GRCop-84球形粉打印燃烧室内衬结构的方法

说明书

本发明公开了一种用GRCop‑84球形粉打印燃烧室内衬结构的方法，属于金属增材制造领域。主要包括以下步骤：(1)建立模型；(2)设置打印参数；(3)激光打印；(4)退火处理；(5)表面喷砂；本发明采用GRCop‑84球形粉末作为燃烧室内衬模型的原材料，该材料具有优异的导电、热膨胀、强度、抗蠕变、延展性和疲劳等性能,其综合性能优异，显著提高了火箭引擎的性能；本发明GRCop‑84球形粉末材料中Cr和Nb形成Cr2Nb相，第二相体积分数在14％左右，均匀分布在铜基体里，而且在超过1600℃时该第二相仍是稳定的，促使材料在高温下能够保持良好的服役性能。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，具体涉及一种用GRCop-84球形粉打印燃烧室内衬结构的方法。

背景技术

GRCop-84合金是美国国家航空、航天局格伦研究中心研究出的最新一代氢氧发动机内壁材料。GRCop-84合金中的Cr和Nb形成Cr2Nb相，第二相体积分数在14％左右，均匀分布在铜基体里，而且在超过1600℃时该第二相仍是稳定的。与此同时，大量Cr2Nb硬化相能很大程度上细化并控制铜的晶粒度，可进一步提升铜合金的强度。NASA材料工程师建造了几个其他试验件，对材料进行了测试表征，结果显示：经过GRCop-84材料的热膨胀至少比上一代合金低7％，热膨胀低使得GRCop-84材料内部的热应力小，可延长引擎的使用寿命。GRCop-84材料的导热性约为纯铜的70％～83％，而略差于上一代合金，但远优于多数同样强度的材料。在试验温度范围内,GRCop-84材料的屈服强度约为上一代合金的2倍。在经过模拟铜焊处理后,GRCop-84材料的剩余强度高于上一代合金,在经过更高的温度处理(例如热等静压处理)后，GRCop-84材料的一些性能有所下降，但仍明显优于上一代合金。GRCop-84材料的杨氏模量低于纯铜，因此材料内部的热应力较小,有利于延长材料的使用寿命。GRCop-84材料的蠕变和疲劳性能也远优于上一代合金。

该材料具有优异的导电、热膨胀、强度、抗蠕变、延展性和疲劳等性能,其综合性能优异，显著提高了火箭引擎的性能。基于GRCop-84材料优异的性能，国外已经用增材制造将该材料试制出发动机尾喷嘴、发动机燃烧室内衬等氢氧发动机的核心部件

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种用GRCop-84球形粉打印燃烧室内衬结构的方法。

本发明的方案是：一种用GRCop-84球形粉打印燃烧室内衬结构的方法，主要包括以下步骤：

(1)建立模型

根据燃烧室内衬结构建立工艺模型，该模型大头在下，小头在上竖直放置即可，同时用切分软件将模型分层，形成各层的激光加工扫描路径；

(2)设置打印参数

放置后底板基材，将GRCop-84球形粉末铺满粉缸，然后设置打印参数，其中，激光功率：250-450W，激光光斑直径：0.08-0.25mm，激光加工扫描速度：1000-1500mm/s，单层层高：0.02-0.15mm，成形室内氩气循环风速控制电压：2.5-4V；

(3)激光打印

启动设备，开始抽真空，然后充入浓度为99.99％-99.999％的氩气后开始打印，具体打印过程为：利用激光逐层扫描上述经切分软件分层的燃烧室内衬模型，每扫描完一层，成型缸下降一层，粉缸随后上升一层，刮刀把粉缸中粉末向已加工的层面上铺设一层铜粉，然后粉缸下降，每层循环往复，直至燃烧室内衬结构打印完成，成型舱内氧气浓度不大于10ppm；

(4)退火处理