[发明专利]一种高温合金三维点阵夹层结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温合金结构成形技术，尤其涉及一种高温合金三维点阵夹层结构的制备方法。

背景技术

目前，金属三维点阵结构（英文名称为metal three dimensional lattice structure）不仅具有轻质高比强特性，而且具有电磁吸波、吸收爆炸和冲击能量、热控制、噪声管理、催化剂支撑、过滤、电能储存、延迟化学反应和防火、生物组织的生长等多种功能。研究结果表明，点阵材料的强度明显高于同密度的波纹板和金属铝泡沫材料。与蜂窝材料比较,点阵材料的强度也具有一定优势，尤其是在相对密度比较低时，点阵材料的强度优势更为明显。此外，与蜂窝和泡沫结构相比较，点阵结构中间的空间还为增加多功能提供了空间，例如网格结构中间的空间可以作为散热（其散热效率是通道散热的7倍）或主动致冷，存储燃油、线路或油路的通道。如图1、图2所示，现有的金属三维点阵结构是由金属面板和空间桁架支撑组成的结构。

采用高温合金材料制备三维点阵结构，既具有良好的力学性能，又具有耐高温的特性，在高超音速飞行器及高推重比发动机的尾喷管中具有重要的应用。目前，用于制备高温合金点阵结构的方法比较少，主要有熔模铸造法，这主要是由于高温合金难于成形、变形抗力大有关，还由于高温合金的扩散连接性不好。

如图3所示，为现有采用熔模铸造法制备高温合金点阵结构的制备方法示意图，该方法以三维网状结构的聚氨脂泡沫等材料作模型使熔融的金属液进入模型孔内然后加热或用溶剂除去网状材料。但是采用这种方法制备三维的点阵结构的组织是铸态组织，韧性和强度较低。

在现有技术中，还有采用三维点阵夹层预成形方法制备夹层结构，但其也存在有以下不足：

1、由于高温合金的扩散连接性不好，很难采用扩散连接方法制备的金属丝三维点阵结构；

2、采用熔模铸造的方法制备高温合金点阵结构，由于是铸造结构，容易产生缺陷，力学性能低，特别是韧性差。对于一些流动性较差的材料则难于实现熔模铸造。

因此，针对现有高温合金等难扩散连接材料的三维点阵夹层结构在制备中的一些不足，本发明提出通过热等静压来实现板材之间的扩散连接，然后再超塑成形出高温合金等难扩散连接材料的三维点阵结构的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确地控制高温合金点阵结构复杂外形，扩散连接的复合压力较高，界面扩散连接结合良好的高温合金三维点阵夹层结构的制备方法。

为达到上述目的，本发明提出一种高温合金三维点阵夹层结构的制备方法，所述制备方法包括：

加工形成由纵横交叉的多个筋条构成的网格结构的芯板，在所述多个筋条纵横交叉位置形成多个结点，所述结点包括多个预定结点和位于各个预定结点周围且通过所述筋条直接连接该预定结点的邻近结点；

加工形成上面板和下面板，所述上面板和下面板均与所述芯板的外形轮廓相同；

涂覆止焊剂，在所述芯板的预定结点的一表面不涂覆止焊剂，其相反表面涂覆止焊剂；而在该预定结点的邻近结点上与该预定结点不涂覆止焊剂的同向表面上涂覆止焊剂，其反向表面上不涂覆止焊剂；在所述芯板的两个表面上，除去不涂覆止焊剂的结点表面位置，其余表面均涂覆止焊剂；

在所述上面板的下表面对应于所述芯板上表面不涂覆止焊剂的结点表面的位置不涂覆止焊剂，所述上面板的下表面的其余表面均涂覆止焊剂，在所述下面板的上表面对应于所述芯板下表面不涂覆止焊剂的结点表面的位置不涂覆止焊剂，其余表面均涂覆止焊剂；

所述芯板与所述上面板和下面板扩散连接，将所述芯板夹持于所述上、下面板之间，形成叠层状后封焊，经过真空除气后进行真空封装，放入热等静压设备中进行扩散连接；

超塑成形，将扩散连接后的预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形；

采用高压水、线切割或机械加工的方法加工出高温合金三维点阵夹层结构。

如上所述的高温合金三维点阵夹层结构的制备方法，其中，所述止焊剂由丙酮、乙酸乙酯、三氧化二钇组成，其质量百分比为90：5：5。

如上所述的高温合金三维点阵夹层结构的制备方法，其中，所述热等静压设备工艺参数为：温度范围为1000℃～1100℃；压力范围为100MPa～150MPa；工作时间为2h～4h。

如上所述的高温合金三维点阵夹层结构的制备方法，其中，超塑成形工艺为：温度范围为920℃～960℃；压力范围为3MPa～6MPa；工作时间为2h～4h。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：