一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106835127A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710201009.2(22)申请日2017.03.30(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人常保华杨硕王力邢彬都东(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人廖元秋(51)Int.Cl.C23C24/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置(57)摘要本发明提出的一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，属于航空发动机涡轮叶片激光成形与修复技术领域，包括强制冷却装置上部和强制冷却装置下部，上、下两部分通过螺纹连接，结合处安装密封垫；其中，强制冷却装置上部包括上部主体和位于上部主体底部中心的散热结构，在上部主体中心开设与工件尺寸相匹配的工件槽，上部主体上均匀设有分别用于安装压板和连接强制冷却装置下部的螺纹孔；强制冷却装置下部上表面中心开设与散热结构尺寸相匹配的冷却水通道，该通道两端至强制冷却装置下部两侧壁分别设有冷却水通道入口、出口。本发明制作简易、操作安全、成本低，可提升凝固界面前沿的温度梯度，有助于高温合金定向凝固组织外延生长。CN106835127ACN106835127A权利要求书1/1页1.一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，本装置适用于厚度小于20mm的工件，其特征在于，本装置包括强制冷却装置上部和强制冷却装置下部，上、下两部分通过螺纹连接，结合处安装密封垫，强制冷却装置上、下部均为一体成型结构；其中，所述强制冷却装置上部包括上部主体(1)和位于上部主体底部中心的散热结构(3)，在上部主体中心开设与工件(12)尺寸相匹配的工件槽(2)，该工件槽的深度小于上部主体厚度，上部主体上均匀设有用于安装压板的螺纹孔(4)，通过该压板固定工件，上部主体上还均匀设有用于连接强制冷却装置下部的螺纹孔(5)；所述强制冷却装置下部(6)上表面中心开设与散热结构尺寸相匹配的冷却水通道(7)，该冷却水通道两端至强制冷却装置下部两侧壁分别设有冷却水通道入口(8-1)和冷却水通道出口(8-2)，强制冷却装置下部上表面还均匀设有连接上部主体的螺栓孔(5)。2.根据权利要求1所述用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，其特征在于，所述散热结构由多个等间距设置的散热片构成。3.根据权利要求1所述用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，其特征在于，所述冷却水通道入口和冷却水通道出口内部均装配有用于连接外部冷却入水、出水管的格林接头。4.根据权利要求1所述用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，其特征在于，所述强制冷却装置上部采用银、铜、金或铝中的任一种制成。5.根据权利要求1所述用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置，其特征在于，所述强制冷却装置下部采用铝合金或者不锈钢制成。2CN106835127A说明书1/4页一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置技术领域[0001]本发明属于航空发动机涡轮叶片激光成形与修复技术领域，尤其涉及一种用于激光熔覆定向凝固合金的强制冷却装置。背景技术[0002]航空发动机被称为飞机的心脏，为飞行提供动力，可以说发动机的动力和稳定性很大程度上是当下评价飞机性能优劣的一个标准，而航空发动机涡轮叶片是发动机性能的保证。目前，先进的航空发动机对于涡轮叶片在高温高压下工作能力提出了很高的要求。[0003]为了适应高温高压的工作环境，位于航空发动机热端的涡轮叶片多使用以镍基为主的定向凝固高温合金。镍基定向凝固高温合金涡轮叶片制造成本很高，由于叶片长期在高温高压环境下服役，因此常常会出现裂纹、磨损等损伤。目前，针对镍基定向凝固高温合金叶片损伤的修复多以激光熔覆的方法。激光熔覆技术发展于上世纪70年代，其基本原理是以激光作为热源，将熔覆材料烧结至基材表面薄层，使熔覆材料与基材冶金结合形成熔覆层。由于激光能量集中，在工艺过程中与基材表面作用时间短，因此具有热影响区小、热变形小、稀释率低等优点。为了满足当前定向凝固高温合金叶片的修复要求，修复组织需在原有基材组织生长方向的基础上外延定向生长形成定向凝固组织。国内外已有学者研究发现，定向凝固组织的生长取决于凝固界面前沿温度梯度(G)与凝固速率(V)的比值(G/V)。当G/V大于某临界值(该临界值与合金组分相关)时，定向凝固组织为定向生长的柱状晶。因此，提升激光熔覆过程中凝固界面前沿的温度梯度有利于定向凝固组织的生长，得到体积分数更大的定向凝固组织对于高温合金涡轮叶片的修复工作有着重要意义。[0004]调整激光工艺参数可以一定程度上改变凝固界面前沿的温度梯度，此外，在激光熔覆过程中附加一定