本發(fā)明屬于扇形封嚴塊制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有點陣冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊制備方法。

背景技術(shù)：

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對航空發(fā)動機的推重比和低油耗要求越來越高，發(fā)動機的壓比和溫度都不斷升高，內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量越來越大，由此而造成的發(fā)動機性能的損失也越發(fā)明顯。

采用合適的氣路封嚴技術(shù)，減少壓氣機渦輪葉尖與機匣間隙，是提高發(fā)動機效率的重要手段。扇形封嚴塊是燃氣渦輪發(fā)動機低壓渦輪部件的重要件，其長期受高溫高壓燃氣的沖刷作用，若冷卻效果不佳，將增大內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量，或造成封嚴涂層剝落，從而降低燃氣輪機的工作效率。

目前扇形封嚴塊的主要冷卻方式為冷卻氣流通過封嚴塊背板帶走熱量的方式。然而這種冷卻方式效果十分有限。點陣結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，且能通過金屬桿單元和內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)的流體對流傳熱，具有十分良好的主動傳熱特性，因此，采用點陣這種新型的、高效的冷卻結(jié)構(gòu)，將大幅度提高扇形封嚴塊的隔熱和冷卻性能。

扇形封嚴塊主要采用沖壓成形工藝制造，但對于帶有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊，采用沖壓成形工藝無法制造，因此開發(fā)一種具有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊的制備方法至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述困難，本發(fā)明提供了一種利用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制備帶有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊制備方法。

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊，點陣結(jié)構(gòu)由點陣單元組成，每個點陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋扇形封嚴塊背板，制備過程包括以下步驟：

建立具有點陣冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊的三維cad模型；

根據(jù)點陣單元中的桿件的方向設計點陣結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊成形方向，確保點陣結(jié)構(gòu)中所有桿件與成形面的夾角≥45°，所有桿件均不添加成形輔助支撐；

根據(jù)步驟(2)中所確定的點陣冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊成形方向以及扇形封嚴塊的結(jié)構(gòu)特點，對扇形封嚴塊中不能滿足自支撐的部位，添加成形輔助支撐；

(1)在成形方向上對點陣冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊進行分層切片處理，分割成厚度均勻的切片，切片包括扇形封嚴塊的橫截面輪廓和加工路徑，并將切片信息文件導入激光選區(qū)熔化快速成形設備中；

(2)在激光選區(qū)熔化快速成形設備的粉末桶內(nèi)裝入合金粉末，并將成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設備的成形腔內(nèi)的可升價平臺上；

(3)對激光選區(qū)熔化成形設備的成形腔中充入高純氬氣；

(4)使用激光選區(qū)熔化快速成形設備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設一層合金粉末；

(5)激光按步驟(4)所設計的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。制備過程中始終保持激光選區(qū)熔化設備中的風扇處于開啟狀態(tài)；

(6)完成步驟(8)后，成形基板下降一個層厚的距離，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設一層合金粉末；

(7)重復上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊制備完成，待扇形封嚴塊溫度降至室溫后取出；

(8)去除成形輔助支撐。

步驟(3)中所述的添加成形輔助支撐，是指對扇形封嚴塊結(jié)構(gòu)中與成形面夾角＜45°的部位添加成形輔助支撐。

步驟(4)中所述的切片厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(5)中所選用的合金粉末呈球形或近球形，直徑≤53μm。

步驟(5)中所選用的成形基板為45號鋼。

步驟(6)中所述氧含量為：≤20ppm。

步驟(7)中所述的粉末層厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(8)中所述激光功率為：100-500w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.1-0.5mm。

步驟(9)中所述成形基板下降高度為：0.02-0.05mm，步驟(9)中所述的粉末層厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(11)中所述的支撐去除為手工去除。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果

首先利用計算機得到帶有點陣結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊的cad數(shù)值模型，然后在確保點陣結(jié)構(gòu)能順利成形的條件下，確定扇形封嚴塊的成形方向，再利用分層軟件在扇形封嚴塊的成形方向上進行分層切片，并生成掃描路徑，最后激光根據(jù)設定的掃描路徑，逐點熔化沉積合金粉末，并逐層堆積，形成帶有新型冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊。本制備方法經(jīng)濟、快速，特別適合用于復雜點陣結(jié)構(gòu)的制備。

本發(fā)明以激光為能量源，利用粉末床選區(qū)快速成型設備，通過設置合適的扇形封嚴塊成形方向和工藝參數(shù)，直接由cad模型一步完成帶有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊的制備，無需模具，合金材料利用率高，得到的扇形封嚴塊散熱性能優(yōu)異，成形精度良好，可大幅度提高扇形封嚴塊的隔熱冷卻性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明扇形封嚴塊背板處點陣覆蓋示意圖，其中1扇形封嚴塊背板；2扇形封嚴塊；

圖2是本發(fā)明點陣單元中一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊，點陣結(jié)構(gòu)由點陣單元組成，每個點陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋扇形封嚴塊背板，利用激光選區(qū)熔化制備背板帶有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊：

(1)利用三維繪圖軟件(solidworks等)建立帶有點陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊的三維cad模型；

(2)根據(jù)具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴塊中點陣的結(jié)構(gòu)特點，調(diào)整扇形封嚴塊成形方向，確保扇形封嚴塊中所有點陣單元均能在不添加支撐的條件下順利成形；

(3)根據(jù)步驟(2)中所確定的扇形封嚴塊成形方向，以及扇形封嚴塊的結(jié)構(gòu)特點，對扇形封嚴塊中與成形面夾角＜45°的懸空部位添加成形輔助支撐；

(4)在成形方向上對扇形封嚴塊進行分層切片處理，均勻分割成厚度約為0.05μm的切片，切片包括扇形封嚴塊的橫截面輪廓信息和加工路徑，并將切片文件導入激光選區(qū)熔化快速成形設備中；

(5)在激光選區(qū)熔化快速成形設備的粉末桶內(nèi)裝入直徑≤53μm，球形或近球形的k40m合金粉末，并將厚度約為50mm厚的45號鋼成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設備的成形腔內(nèi)的可升價平臺上；

(6)對激光選區(qū)熔化成形設備的成形腔中充入高純氬氣，直至成形腔內(nèi)氣體氧含量≤20ppm；

(7)使用激光選區(qū)熔化快速成形設備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設厚度為0.05mm厚的一層合金粉末；

(8)激光按步驟(4)所預設的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。激光掃描速度：5m·s^-1，激光功率為：300w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.2mm。制備過程中始終保持激光選區(qū)熔化設備中的風扇處于開啟狀態(tài)；

(9)完成步驟(8)后，成形基板下降0.05mm，刮粉裝置在步驟(9)中形成的沉積層上，再均勻鋪設厚度為0.05mm的k640合金粉末；

(10)重復上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴塊制備完成，待扇形封嚴塊溫度降至室溫后取出；

(11)將采用手工去除方式，去除成形輔助支撐。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。