一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置

本发明涉及激光增材制造领域，特别涉及一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置。

背景技术：

1、高氮钢是将氮元素作为合金元素使用，其含氮量一般超过0.4wt％，利用氮替代昂贵且生物过敏的镍来获得奥氏体组织及作为间隙原子起固溶强化作用，具有低成本、高强度、高韧性、高耐腐蚀以及优异的生物相容性等优点，是传统304、316等cr-ni不锈钢的理想替代品。因此，高氮钢在在国防军工、交通运输、能源化工、医疗器械等领域都有广阔的应用前景。

2、目前主要通过加压熔炼法制备高氮钢，但常规加压熔化法需要昂贵的专用设备，存在工艺复杂、氮含量难以控制、宏观偏析、近净成形能力差等不足，以及高氮钢高强高硬的特点导致其切削加工性能差，难以通过传统方法加工出复杂构件，限制了其发展和应用。

3、激光定向能量沉积(同轴送粉激光增材制造)作为新兴的制造技术，是一种通过激光束将金属粉末熔化并沉积在基板上形成三维结构的技术，并通过快速熔凝非平衡方法可获得过饱和的含氮固溶体，对于制备高氮钢复杂构件具有较大潜力。但是，在激光定向能量沉积逐层累加过程中，由于沉积层散热不及时存在热积累问题，进而使沉积层温度越来越高。

4、高氮钢中氮含量与存在形式(固溶氮、氮气孔)直接影响着高氮钢的性能(屈服强度；点蚀当量pren＝1[cr]+3.3[mo]+30[n])。但是，因高温熔池中氮含量超过其饱和溶解度，过饱和的固溶氮原子会析出造成固溶氮损失和产生气孔缺陷。高氮钢的饱和溶解度与熔池温度呈负相关关系，控制激光定向能量沉积高氮钢的固溶氮损失和气孔缺陷需要尽可能保证成形过程中沉积层的温度一致。

5、因此，在激光定向能量沉积高氮钢过程中，需要对沉积层热积累进行控制。目前主要是通过在成形过程中增加冷却时间，以提高冷却效果和控制热积累。但是，增加冷却时间牺牲了成形效率，且不容易实现热积累的精确控制。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，以解决激光增材制造过程中存在的热积累问题。

2、本方案中的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，包括基板，基板连接有多通道散热器，所述基板和多通道散热器之间设有高导热凝胶，所述多通道散热器的两端分别连通有一级散热器和冷却液存储罐，一级散热器和冷却液存储罐之间连通有二级散热器。

3、本方案的工作原理及其有益效果：开始工作时冷却液存储罐中的冷却液进入到多通道散热器中，基板上的温度依次通过高导热凝胶，多通道散热器传递到冷却液中，冷却液吸收热量后先通过一级散热器，散失掉一部分热量后又在二级散热器的散热制冷效果下进一步散失掉剩余的热量，然后流回冷却液存储罐中。如此往复，最终实现了基板散热的效果。本方案可以有效地降低激光增材制造过程中基板上的热量，解决激光增材制造过程中增材构件的热积累问题，提高增材构件的性能和质量。采用多通道散热可以确保基板上每一部分的散热效果相同，保证基板上温度的一致性。

4、进一步，多通道散热器的两端均连通有管道，一侧管道与一级散热器连通，另一侧管道连通有泵且延伸至冷却液存储罐内。泵可以将冷却液存储罐中的冷却液泵入到多通道散热器内

5、进一步，还包括控制模块，所述控制模块包括温度传感器和控制器，温度从传感器用于检测多通道散热器温度，并将温度信号传输给控制器；控制器通过收到的温度信号，控制泵来调节冷却水的流量。在这个过程中可以通过控制模块实时监测增材构件、基板和冷却液的温度，并实时调整循环散热装置的控制参数，实现更快捷、更准确的散热。

6、进一步，所述多通道散热器的每个通道中有五个小通道。这样可以增大散热器与冷却液的接触面积，提升散热效果。

7、进一步，所述一级散热器上设有两个高功率散热风扇，所述二级散热器上设有五个高功率散热风扇。

8、进一步，所述一级散热器和二级散热器之间通过管道连接，管道之间的缝隙内填充有高导热凝胶。

9、进一步，所述多通道散热器、一级散热器、二级散热器和管道的材质均为铝合金材质。铝合金材质导热率好，且价格相较于铜而言更便宜。

10、进一步，一级散热器和二级散热器之间设有制冷晶片。制冷晶片是一种用于产生低温的芯片，通常用于制冷、冷却或温度控制。它是通过将电子从芯片上传递到周围介质中，以释放热量并降低芯片温度来实现制冷效果的。制冷晶片的加入可进一步提升一级散热器和二级散热器的散热制冷效果，使的循环散热装置的散热效果进一步提升。

技术特征：

1.一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：包括基板，基板连接有多通道散热器，所述基板和多通道散热器之间设有高导热凝胶，所述多通道散热器的两端分别连通有一级散热器和冷却液存储罐，一级散热器和冷却液存储罐之间连通有二级散热器。

2.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：多通道散热器的两端均连通有管道，一侧管道与一级散热器连通，另一侧管道连通有泵且延伸至冷却液存储罐内。

3.根据权利要求2所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块包括温度传感器和控制器，温度从传感器用于检测多通道散热器温度，并将温度信号传输给控制器；控制器通过收到的温度信号，控制泵来调节冷却水的流量。

4.根据权利要求3所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：所述多通道散热器的每个通道中有五个小通道。

5.根据权利要求4所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：所述一级散热器上设有两个高功率散热风扇，所述二级散热器上设有五个高功率散热风扇。

6.根据权利要求5所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：所述一级散热器和二级散热器之间通过管道连接，管道之间的缝隙内填充有高导热凝胶。

7.根据权利要求6所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：所述多通道散热器、一级散热器、二级散热器和管道的材质均为铝合金材质。

8.根据权利要求7所述的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，其特征在于：一级散热器和二级散热器之间设有制冷晶片。

技术总结本方案公开了的一种激光定向能量沉积高氮钢散热装置，包括基板，基板连接有多通道散热器，所述基板和多通道散热器之间设有高导热凝胶，所述多通道散热器的两端分别连通有一级散热器和冷却液存储罐，一级散热器和冷却液存储罐之间连通有二级散热器。本方案可以有效地降低激光增材制造过程中基板上的热量，解决激光增材制造过程中增材构件的热积累问题，提高增材构件的性能和质量。技术研发人员：余朝静,张大斌,钟音亮,张学吉,熊坤,黎克琦,刘仁欣,吕相明受保护的技术使用者：茅台学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11