[发明专利]一种内表面具有Laval结构的管道及其增材制造方法

权利要求书

1.一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，在该管道内壁上沿管道(1)的轴向设置有多个凸台结构单元，每个凸台结构单元包括多个沿管道内壁环形矩阵排列的凸台(2)，在所述管道(1)的周向方向上，相邻凸台(2)之间的管道内壁呈Laval喷嘴状；所述凸台(2)与管道内壁之间采用过渡件(3)连接，所述过渡件(3)的底面与管道内壁相贴合；所述凸台(2)的材料具有比管道(1)更优异的抗老化性能，所述过渡件(3)中抗老化组分的含量从靠近管道(1)内壁的一端到靠近凸台(2)的一端逐渐递增。

2.根据权利要求1所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，所述过渡件(3)中抗老化组分含量的递增方式为梯度递增，且梯度变化路径通过CALPHAD方法获得。

3.根据权利要求1所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，所述凸台(2)与过渡件(3)之间采用自支撑悬挑结构过渡，悬挑角α2为20°-45°。

4.根据权利要求1所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，所述凸台(2)在管道(1)内壁上的投影为沿长对角线对称的四边形，四边形的短边夹角α1为30°-150°，长对角线长度L1为5-100mm。

5.根据权利要求4所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，在同一个凸台结构单元中沿管道(1)周向方向上，相邻凸台(2)的长对角线平行且间距L2为2-20mm；在相邻凸台结构单元中沿管道(1)轴向方向上，两相邻凸台(2)的首端间距L3为10-200mm。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，所述管道(1)的材料为Fe-Cr-Ni基高温合金，所述凸台(2)的材料为含Al或Si的Fe-Cr-Ni基高温合金，Al或Si为抗老化组分；或者，所述管道(1)的材料为Ni-Fe基高温合金，所述凸台(2)的材料为含W的Ni-Fe基高温合金，W为抗老化组分；或者，所述管道(1)的材料为铸造奥氏体不锈钢，所述凸台(2)的材料为含Mo的铸造奥氏体不锈钢，Mo为抗老化组分。

7.根据权利要求6所述的一种内表面具有Laval结构的管道，其特征在于，所述过渡件(3)靠近凸台(1)的一端中的Al或Si或W或Mo含量与凸台(1)相同，靠近管道(1)的一端中的Al或Si或W或Mo含量为零，过渡件(3)中Al或Si或W或Mo含量梯度递减，且梯度变化路径通过CALPHAD方法获得。

8.一种权利要求1-7任意一项所述内表面具有Laval结构的管道的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、增材方案：将内表面具有Laval结构的管道的三维模型沿轴向分层切片，导入模型算法，形成增材方案；

S2、制备原材料粉末：采用旋转电极法或气雾化法制备所需的原材料粉末，粉末粒径为45-150微米，烘干；

S3、激光增材制造：采用定向能量沉积激光增材制造技术，激光送粉喷嘴可同时输送2种或2种以上材料，分别在管道(1)、凸台(2)、过渡件(3)所在的区域输送相应的原料，沿管道(1)的轴向逐层沉积材料，单层沉积的厚度为0.15-3mm；

S4、重复步骤S3直至内表面具有Laval结构的管道成形完成；

其中，步骤S1、S2不分先后顺序。

9.根据权利要求8所述的一种内表面具有Laval结构的管道的增材制造方法，其特征在于，步骤S3所述激光增材制造中，激光功率0.8-12KW，激光束斑直径0.3-10mm，扫描速度1-50mm/s，沉积效率2-150cm³/h，单层厚度0.15-3mm。

10.根据权利要求8所述的一种内表面具有Laval结构的管道的增材制造方法，其特征在于，步骤S1中所述模型算法为基于MATLAB的STL模型算法。