CN108866581B - 具有不同材料性质的部件 - Google Patents

Abstract

一种部件可以形成为具有一体整体主体。一体整体主体可以利用电铸工艺如金属合金的电沉积来形成。电铸整体主体可以利用由多个电源供电的多个阳极形成。整体主体可以具有在部件的形成期间确定的不同局部材料性质。

Description

具有不同材料性质的部件

技术领域

本公开主要涉及具有不同材料性质的部件，更具体地涉及此类部件的形成方法。

背景技术

现代部件使用元件的组合形成或者机械加工以形成部件所需的特定结构。这样的组合或机械加工昂贵并且很可能复杂，这可能对生产量产生负面影响。

另外，这样的现代部件只能具有单一的材料性质。为了实现具有多种材料性质的部件，需要组合不同的元件，增加了部件的成本和复杂性，并且需要增加维护并缩短部件寿命。

发明内容

在一方面，本公开涉及一种形成部件的方法，其包括：提供具有外表面的牺牲模具（sacrificial mold）；通过利用单一金属成分溶液在模具的外表面上电铸形成整体部件（monolithic component），并且其中所述整体部件包括具有不同材料性质的区域；以及去除所述牺牲模具。

在另一方面，本公开涉及一种形成部件的方法，其包括：将具有外表面的至少一个牺牲模具附接到基板；在所述基板的暴露表面和所述牺牲模具的外表面上电铸金属层，其中所述金属层包括具有不同材料性质的区域；以及去除至少一个牺牲模具以限定所述部件。

在又一方面，本公开涉及一种部件，所述部件包括具有至少两个部分的一体整体主体（integral monolithic body），所述至少两个部分具有不同的局部化材料性质。

具体地，本申请技术方案1涉及一种形成部件的方法，所述方法包括：提供具有外表面的牺牲模具；通过利用单一金属成分溶液在所述牺牲模具的外表面上电铸形成整体部件，并且其中所述整体部件包括具有不同材料性质的区域；以及去除所述牺牲模具以限定所述部件。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述单一金属成分溶液包括铝合金或镍合金。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的方法，其中所述电铸包括利用多个阳极来形成具有不同材料性质的区域。

本申请技术方案4涉及根据技术方案3所述的方法，其中所述电铸包括利用脉冲电流或脉冲反向电流。

本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的方法，其还包括控制所述单一金属成分溶液中的金属离子的局部浓度。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的方法，其中控制局部浓度包括提供屏蔽防护件，改变反向电流的量或调制脉冲宽度中的至少一种。

本申请技术方案7涉及根据技术方案3所述的方法，其中所述电铸还包括利用用于所述多个阳极中的至少一些的多个电源来电铸金属层。

本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述整体部件的第一区域与所述整体部件的另一区域相比具有增加的热导率。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的方法，其中所述整体部件的第二区域与所述第一区域相比具有提高的抗拉强度。

本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述牺牲模具由非导电材料制成。

本申请技术方案11涉及一种形成部件的方法，所述方法包括：将具有外表面的至少一个牺牲模具附接到基板；在所述基板的暴露外表面和所述牺牲模具的外表面上电铸金属层，其中所述金属层包括具有不同材料性质的区域；以及去除所述至少一个牺牲模具以限定所述部件。

本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的方法，其中所述电铸包括由单一金属成分溶液电铸。

本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的方法，其中所述电铸包括利用多个阳极来形成具有不同材料性质的区域。

本申请技术方案14涉及根据技术方案13所述的方法，其中所述电铸包括利用脉冲电流或脉冲反向电流。

本申请技术方案15涉及根据技术方案13所述的方法，其还包括控制所述多个阳极中的一个处的合金化金属的局部浓度。

本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的方法，其中控制局部浓度包括利用屏蔽防护件来控制局部浓度。

本申请技术方案17涉及根据技术方案13所述的方法，其中所述电铸金属层包括利用用于所述多个阳极中的至少一些的多个电源。

本申请技术方案18涉及根据技术方案11所述的方法，其还包括在电铸之前金属化所述基板的暴露外表面或所述至少一个牺牲模具的暴露外表面中的至少一个。

本申请技术方案19涉及一种部件，其包括具有至少两个部分的一体整体金属主体，所述至少两个部分具有不同的局部化材料性质。

本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的部件，其中所述一体整体金属主体包括与所述整体主体的剩余部分相比具有增加的热导率的第一部分以及与所述整体主体的另一剩余部分相比具有增加的抗拉强度的第二部分。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文所述的各个方面的具有安装有热交换器的壳体的涡轮发动机组件的示意图。

图2是根据本文所述的各个方面的可以包括在图1的涡轮发动机组件中的热交换器的透视图。

图3是图2的热交换器的分解图。

图4是沿着图2的横截面IV-IV截取的图2的热交换器的横截面图，示出了根据本文所述的各个方面的设在热交换器中提供的流体通道内部的热增强结构。

图5是图2的热交换器的底部的透视图，示出了一组翅片。

图6是图5的两个翅片的透视图，根据本文所述的各个方面，两个翅片具有百叶窗并且通过护罩互连。

图7是图2的热交换器的透视图，示出了根据本文所述的各个方面的通过热交换器并且将热交换器分成具有不同材料性质的区域的的流动路径。

图8是图2的热交换器的透视图，两个安装托架在热交换器的两侧分解以用于安装热交换器。

图9是安装到用于形成图2的热交换器的机械加工元件的牺牲模具的透视图。

图10是具有一组凹槽的一个杆的透视图，根据本文所述的各个方面，所述一组凹槽用于形成具有图2和4的热增强结构的流体通道。

图11是示出形成图2的热交换器的方法的流程图。

图12是根据本文所述的各个方面的用于利用多个阴极电铸图2的热交换器的形式的部件的示例性示意性浴槽的透视图。

图13是用于图11的方法中的基板的示意性截面图。

图14是图13的基板的示意性截面图，其中牺牲模具联接到基板。

图15是图14的基板和牺牲模具的示意性截面图，包括在基板和牺牲模具上电铸的金属层以形成整体主体。

图16是已去除牺牲模具的图15的整体主体的示意性截面图。

图17是示出形成图16的部件的脉冲电流的图形。

图18是示出形成图16的部件的反向脉冲电流的图形。

具体实施方式

本文公开的实施例涉及热交换器，并且更特别地涉及利用沿着一个或多个翅片流动的冷流体来冷却热交换器内的热流体的对流冷却热交换器。热交换器可以沿着壳体安装在诸如飞行器发动机的发动机中，其中空气流可提供冷却流。示例性热交换器可以用于提供有效的冷却。此外，本文使用的术语“热交换器”可以与术语“冷却器”或“表面冷却器”互换使用。另外，如本文所述的热交换器示出用于部件的示例性整体主体。应当领会，整体主体以示例性的形式示出为热交换器并且可以包含各种各样的部件。如本文所使用，热交换器适用于各种类型的应用，例如但不限于涡轮喷气机，涡轮风扇，涡轮推进发动机，飞行器发动机，燃气涡轮机，蒸汽涡轮机，风力涡轮机和水力涡轮机。如本文所使用，“组”可以包括任何数量的元件，包括仅仅一个。如本文所使用的“一体整体主体”或“整体主体”是指单一、不可分离件的单一主体。

传统的热交换器和热交换器组件是复杂的并且可以包括多个互连的部分。这样的热交换器可能是昂贵和劳动密集型的，同时需要大量的维护。类似地，目前的热交换器不适于优化热传递表面处的热传递或适于优化与热传递表面间隔开的区域处的强度。

另外，本文公开的实施例涉及具有整体主体的部件，所述整体主体分离成具有不同材料性质的不同区域。尽管所述的部件涉及用于涡轮发动机的热交换器，但是应当领会，部件不限于此，并且可以是用于多个不同的系统，实现方式或用途的部件，特别是期望具有不同材料性质的整体部件的情况下。

热交换器的方面具有改进的设计并且因而导致改善的热传递，同时使热交换器适合于改善局部期望区域处的热传递并且改善其它局部期望区域处的强度。热交换器可以配置用于飞行器发动机的油冷却系统，图1提供了可以使用本发明的实施例的环境的简要说明。更具体地说，图1示出具有界定发动机中心线12的纵向轴线的示例性涡轮发动机组件10。涡轮发动机16、风扇组件18和机舱20可包括于涡轮发动机组件10中。涡轮发动机16可包括具有压缩机24、燃烧部段26、涡轮机28和排气口30的发动机核心22。内机罩32径向包围发动机核心22。

为了清楚起见已切除机舱20的部分。机舱20包围包括内机罩32的涡轮发动机16。以此方式，机舱20形成径向包围内机罩32的外机罩34。外机罩34与内机罩32间隔开以在内机罩32与外机罩34之间形成环形通道36。环形通道36表征、形成或以其它方式界定喷嘴和大致前后旁路气流路径。具有环形前壳体40和后壳体42的风扇壳体组件38可形成由机舱20形成的外机罩34的部分，或可经由撑杆（未展示）悬挂于机舱20的部分。

在操作中，空气流过风扇组件18，且气流的第一部分44被引导通过压缩机24，其中气流被进一步压缩且传递到燃烧部段26。来自燃烧部段26的燃烧（未展示）的热产物用以驱动涡轮机28，并且因此产生发动机推力。环形通道36被用来旁路从在发动机核心22周围的风扇组件18排出气流的第二部分46。

涡轮发动机组件10会造成独特的热管理挑战，并且热交换器50可以附接到涡轮发动机组件10以通过从风扇组件18排出的气流的第二部分46的对流热传递帮助散热。在该示例性实施例中，热交换器50可以安装到并且可操作地联接到具有环形周边壁54的环形风扇壳体52，所述环形周边壁形成外机罩34的内部部分。在一个非限制性示例中设在风扇壳体52处的热交换器可以是表面空气冷却式油冷却器。因而，热交换器50可以布置成将热从穿过表面空气冷却式油冷却器的加热流体传递到流动通过形成为环形通道36的旁路管道的空气。

在非限制性示例中，风扇壳体52可以是风扇壳体组件38，或前壳体40或后壳体42。应当领会，风扇壳体52可以是任何壳体区域，使得壳体封闭作为由风扇壳体组件38限定的环形管道的一部分的任何结构硬件。因此，热交换器50可以在沿着由壳体组件38限定的管道的任何轴向位置处联接到风扇壳体52。尽管热交换器50被示出为在风扇组件18的下游并且安装到风扇壳体52的后部分，但是也可以预期，热交换器50可以替代地位于风扇组件18的上游，或者在沿着外机罩34或风扇壳体52的任何位置处。进一步地，尽管未示出，但是热交换器50可以位于内机罩32附近。因而，应当理解，热交换器50可以位于沿着环形通道36的轴向长度的任何位置。

在图2中，热交换器50被示出为包括歧管60，歧管60具有包围入口导管64和出口导管66的外壳62。一体整体主体68可以包括在热交换器50中并且限定第一表面70和第二表面72。整体主体68可以配置用于飞行器发动机中，或者可以替代地用于任何合适的热交换器实现方式中。

第一歧管连接部74和第二歧管连接部76包括在整体主体68中。第一歧管连接部74在入口导管64处将歧管60联接到整体主体68，并且第二歧管连接部76在出口导管66处将整体主体68联接到歧管60。应当领会，尽管入口导管64和出口导管66表示流动方向，但是第一和第二歧管连接部74、76可以设置在任何组织中以在任何方向上提供到整体主体68的流动。此外，尽管示出为两个分离的歧管连接部74、76，但是应当理解，可以预期包括单个歧管连接部的任何数量。

一组流体通道82包括在整体主体68中，并且这样的通道的表面可以至少部分地限定第一表面70的形状。流体通道82组可以被分成与第一歧管连接部74对准的第一组流体通道84和与第二歧管连接部76对准的第二组流体通道86。通道80可以形成在位于第一组流体通道84和第二组流体通道86之间的整体主体68内。替代地，可以预期整体主体68可以在没有通道80的情况下形成。

一组返回歧管88包括在整体主体68中并且可以流体地联接流体通道82中的至少一些，例如将第一组流体通道84与第二组流体通道86流体地连接。示例性热交换器50包括三个返回歧管88。应当领会，可以使用任何数量的返回歧管，包括一个或多个，并且歧管可以具有任何合适的形状和数量的流体联接件。

一组翅片90也可以包括在整体主体68中。该组翅片90可以从第二表面72延伸。在一个非限制性示例中，第二表面72可以是平坦的以提供用于翅片90延伸的均匀表面。该组翅片90可以包括设在翅片90上的一个或多个护罩92。护罩92可以在一个或多个相邻翅片90之间完全或部分地沿着翅片90延伸。如此，可以设想护罩92的任何组织。一个或多个百叶窗94可以形成在翅片90中。百叶窗94可以从翅片90的任一侧延伸。另外，可以设想百叶窗94设在护罩92上。此外，可以设想翅片90可以包括附加的几何形状，例如在非限制性示例中为小翼或螺旋形肋。

支撑安装件96可以可操作地联接到歧管60，相对于整体主体68支撑歧管60。支撑安装件96可以形成为整体主体68的一部分，或者可以是联接到整体主体68的独立元件。

图3中的分解图更好地示出了热交换器50的元件。应当领会，尽管示出为分解组件，但是一体整体主体68包括第一和第二歧管连接部74、76，流体通道82组，返回歧管88，以及作为一体整体元件的翅片90，并且仅被分解以便于理解整体主体68的特定部分。

如在人造分解图中更好地所示，第一歧管连接部74包括入口100，所述入口适于经由例如直接离子金属沉积而联接到歧管60的入口导管64。第二歧管连接部76上的出口102适于以类似方式联接到歧管60的出口导管66。替代地，入口100可以设在第二歧管连接部76上，并且出口102可以设在第一歧管连接部74上，由通过热交换器50的流动方向限定。一组开口104可以形成在与流体通道82组互补的第一和第二歧管连接部74、76中以将入口100和出口102流体地联接到流体通道82组。类似地，一组开口106可以设在与流体通道82组互补的返回歧管88上以将返回歧管88流体地联接到流体通道82。

在示例性图示中，返回歧管88可以分成第一返回歧管110，第二返回歧管112和第三返回歧管114，每个返回歧管88具有入口端部116和出口端部118。第一返回歧管110可以是基本平坦的，而第二返回歧管112可以具有一组第一斜坡120并且第三返回歧管114可以具有在与第一斜坡相反的方向上延伸的一组第二斜坡122。第一斜坡120可以将第二返回歧管112定位在第一返回歧管110上方，并且第二斜坡122可以将第三返回歧管114定位在第一返回歧管110下方。因而，返回歧管88的所需纵向范围被最小化，从而节省空间。此外，歧管提供保持几乎均匀的流量分布和相关的压降。如图所示，每个入口端部116和出口端部118可以包括四个开口106，同时可以预期开口106的数量与流体通道82的数量互补。在一个替代示例中，整体主体68可以包括两个返回歧管88，每个在入口端部116和出口端部118处具有六个开口。应当领会，返回歧管88的数量可以适于最小化与在第一组流体通道84和第二组流体通道86之间转向流体相关的压力损失。利用三个返回歧管88提供了通过单独的通道的更大均匀流动，这可以通过保持返回歧管88的长度几乎相等来实现。通过保持通过所有流体通道的几乎相等的流动速度，保持的流动均匀性有助于平衡通道的流动以及每个通道的相关对流热传递。类似地，将返回歧管88分成多个部分可以为返回歧管88提供增加的强度。应当领会，可以使用改变返回歧管88的数量来平衡最小化压力损失，流动效率和特定热交换器50的整体强度。

另外，流体通道82组中的通道的数量可以与单独的流体通道82的体积或横截面积相平衡以基于通过热交换器50的必需流率来最大化热传递效率。返回歧管88的数量可以适合于该组流体通道82的需要。流体通道82组被示为具有圆形横截面轮廓的示例性圆柱形通道。圆形横截面轮廓对于流体通道82的环向应力效率（hoop stress efficiencies）是优选的。圆柱形管对于分布应力是最有效的并且允许减小的壁厚度以使总体部件重量最小化。替代地，可以考虑任何横截面形状或面积。这样的横截面形状或面积可以适于使来自穿过该流体通道82组的流体的热传递最大化。在非限制性示例中，这样的尺寸确定可以基于预期的流率或局部温度。

用于支撑安装件96的第一臂130和第二臂132形成用于安置歧管60的座部134。腿部136从座部134延伸。腿部136可以尺寸确定成配合在通道80内以用于将歧管60安装到整体主体68，或者在整体主体68的形成期间相对于支撑安装件96安装。尽管未示出，但是第一臂130或第二臂132可选地包括当不与整体主体68整合时用于将支撑安装件96机械地紧固到歧管60的孔。

图4示出了沿着图2的横截面IV-IV截取的流体通道82组的横截面图。一组小翼140可以从翅片90的一个端部延伸。小翼140可形成为翅片90的三角形延伸部。小翼140例如可以定位在翅片90的下游端部上用于增加由翅片90，百叶窗94或护罩92生成的热交换器50下游的局部湍流。如图所示，百叶窗94沿着翅片90的几乎整个长度设置。在替代示例中，可以预期百叶窗94仅沿着翅片90的一部分设置，或者被组织以基于湍流和由相邻翅片90，护罩92或其它百叶窗94形成的混合流动型模式来最大化热传递。此外，可以沿着热交换表面设在翅片90上提供附加或替代的增强特征以产生局部湍流和破坏边界层以增加对流热传递。任何这种便于改善的对流热传递的几何形状或附加的复杂几何形状可以利用如本文所述的电铸方法来形成，其中传统工具加工将是昂贵的或不可能的。

热增强结构144可以形成于流体通道82组中的一个或多个中。热增强结构144示出为一组半螺旋肋146。肋146可以沿着流体通道82的长度的至少一部分延伸。可选地，肋146可以形成为沿着流体通道82的长度延伸的单个连续螺旋肋。在附加的替代示例中，热增强结构可以是人字形件，凸块，突起，凸起，湍流器或旨在增强通过流体通道82的流动的任何类似结构。替代地，可以预期热增强结构144可以是形成于流体通道82的壁中的凹特征，增强了穿过其中的流体的流动。尽管在所有的流体通道82中示出，但是热增强结构144可以形成于至少一个流体通道82上。这样的热增强结构144可以适于改善整体主体68的部分内的热传递，同时平衡增加到热交换器50的重量。例如，热增强结构可以设在每隔一个的流体通道82中。在又一示例中，热增强结构144可以设在整体主体68的中心附近，其中热可以更容易收集。

现在参考图5，热交换器50的仰视图更好地示出了沿着第二表面72组织的翅片90。翅片90可以垂直于流体通道82组的方向延伸。尽管示出了十八个翅片90，但是可以预期任何数量的翅片90。翅片90的间隔可以适于使通过翅片90的热传递和气流最大化。

翅片90可以具有第二主体154。护罩92形成翅片90的侧向部分150，并且可以形成在翅片90的第二主体154的远端152处，与第二表面72间隔并且跨越两个翅片90。护罩92提供包含通过翅片90的流体流动，防止流动通过翅片90的远端152从整体主体68逸出。防止流动逸出增加了翅片90的效率。尽管护罩92示出为仅覆盖翅片90的一部分，但是应当领会，护罩92可以在任何位置处沿着翅片90的任何长度延伸，并且可以以任何组织跨越多个横向翅片90。另外，可以预期护罩92仅联接到单个翅片90。翅片90可以适于通过利用多个护罩92使效率最大化同时最小化重量。

现在参考图6，示出了两个隔离翅片90通过两个护罩92互连。尽管示出为与整体主体68隔离，但是应当理解，翅片90形成为整体主体68的一部分，并且示出为与其隔离以便于理解翅片90。

开口160可以形成于百叶窗94中。开口160可以允许流体流穿过百叶窗94到达翅片90的另一侧。开口160提供形成穿过翅片90的流体的非线性流动路径，改善了沿着翅片90的热传递系数。百叶窗94还提供增加的表面积以改善来自翅片90的热传递。尽管所示的所有百叶窗94都沿着翅片90的一侧延伸，其中所有开口160朝着相同侧定向，但是应当理解，百叶窗94可以在翅片90的任一侧上延伸或在翅片90的两侧上延伸。在一个非限制性替代示例中，百叶窗94可以被布置以通过开口160在翅片90的任一侧上来回移动流体的流动。

在替代示例中，翅片90可以包括具有或不具有开口160的任何形状的百叶窗94。百叶窗94可以在非限制性示例中形成为从第一主体98延伸的替代元件，如湍流器，凸块，或附加翅片，从而影响沿着翅片90的流体的流动。

图7示出了通过热交换器50限定的流动路径170。传到歧管60的流体172的加热流可以进入入口导管64并进入第一歧管连接部74。第一歧管连接部74可以沿着加宽的泊位分散加热流体172并穿过开口104进入第一组流体通道84。加热流体172沿着第一组流体通道84流动。来自加热流体172的热可以传递到整体主体68中并进入翅片90。冷流体174的流，例如穿过涡轮发动机的旁路部段的空气流，可以穿过翅片90并对流地冷却从流体172的流传递到翅片90的热。尽管描述为加热流体172和冷流体174，但是加热流体172不需要是热流体并且冷流体174不需要是冷流体。加热流体172只需要比冷流体174热，并且冷流体172只需要比加热流体172冷以促进热交换器50的热传递。

加热流体172的流离开第一组流体通道84并进入返回歧管88并且通过返回歧管转向进入第二组流体通道86。在第二组流体通道86内，加热流体172的流内的附加热可以进入翅片90，其中穿过翅片90的冷流体174的流可以进一步对流地去除从流体通道82组传递的热。加热流体172的流现由热交换器50经翅片90冷却，可以进入第二歧管连接部76。第二歧管连接部76可以提供流体172的流的会聚以通过歧管60中的出口导管66排出流体172的流。

整体主体68可以分成具有不同材料性质的区域。示例性的材料性质可包括增加的硬度，导致增加的抗拉强度，或增加的热导率。在非限制性示例中，替代的性质可包括改善的电导率，熔点，表面硬度，耐磨性，耐腐蚀性，或热膨胀率。如本文所述，这样的示例性性质可以是电铸整体主体68的结果。

热交换器50的第一区域180可以限定在流体通道82组和翅片90处。与沿着整体主体68邻近翅片90的第二区域182相比，整体主体68的第一区域180可以具有增加的热导率。整体主体68的第二区域182可以包括返回歧管88组以及第一和第二歧管连接部74、76。与第一区域180，流体通道82组和翅片90相比，第二区域182可以包括增加的硬度或增加的抗拉强度。另外，可以预期第一区域180中的流体通道82可以具有增加的抗拉强度和降低的热导率，允许朝着翅片90的更大量的热传递以用于对流去除。具有包括带有不同材料性质（例如增加的抗拉强度或热导率）的多个区域的热交换器可以提供一种热交换器，其可以局部调整以使热传递区域处的热导率最大化，同时在需要增加强度的其它区域处最大化部件强度。此外，利用区域可以在平衡发动机重量的同时使效率最大化。改善的热导率可以改善热交换器的效率，同时改善的强度可以最小化所需维护并增加部件寿命。图8示出了从热交换器50分解的一组安装托架190。安装托架190包括具有一对柱194和第一凹槽196的第三主体192。耐磨材料198可设在限定狭槽200的第一凹槽196中。在一个非限制性示例中，耐磨材料198可以是聚醚醚酮（PEEK）。类似地，耐磨材料198可以是抗振动的，从而抑制在操作期间传递到热交换器50或从热交换器50传递的任何操作振动。狭槽200可以成形为接收整体主体68以将热交换器50固定到安装托架190。在组装期间，安装托架190可以在一个非限制性示例中利用一个或多个紧固件安装到图1的风扇壳体组件38。

参考图9，立体光刻部件组件210的组件可以安装到包括基板222和歧管60的机械加工部分。安装到基板222和歧管60的立体光刻组件可以用于电铸图1-8中的热交换器50。

立体光刻部件组件210包括第一歧管连接结构212，第二歧管连接结构214，一组流体通道结构216，一组返回歧管结构218，以及一组翅片结构220，其适于形成相应地包括图2的第一歧管连接部74，第二歧管连接部76，一组流体通道82，返回歧管88和翅片90的整体主体68。可以预期立体光刻部件组件210中的至少一些可以形成为单个一体元件，或者可以通过整合分离结构被组合。可选地，立体光刻部件组件210可以包括支撑安装件结构208，其适于形成作为整体主体68的一部分的支撑安装件96。在一个非限制性示例中，立体光刻部件组件210可以是用作牺牲模具的增材制造的塑料模型。

基板222可以联接立体光刻部件组件210。在一个非限制性示例中，基板222可以由铝制成，但是可以预期附加的金属材料，如镍。板凹槽224可以形成在适于接收支撑安装件结构208的流体通道结构216组之间的基板222中。

第一和第二歧管连接结构212、214可以嵌入模制到歧管60并且通过在最终的电铸过程期间在组合部分的表面上包覆模制沉积金属而联结。应当理解，歧管60不是立体光刻部件组件210的一部分，并且可以在一个非限制性示例中由机械加工的铝形成，并且在第一和第二歧管连接结构212、214处联接到立体光刻部件组件210。替代地，可以预期歧管60可以用于形成立体光刻部件组件210的一部分。

一组杆226可以形成流体通道结构216组。该组杆226可以安装在第一和第二歧管连接结构212、214和定位在基板222上的一组返回歧管结构218之间。杆226可以包括至少部分围绕杆226布置的第二凹槽230。参考图10，第二凹槽230可以仅在杆226的部分232上以螺旋方式布置。部分232可以覆盖例如杆226的底部第三部分234。螺旋第二凹槽230可以适于形成图4的热增强结构144。替代的凹槽可以是通道，人字形件，浅凹或具有形成到杆226中的任何几何形状的任何结构，覆盖杆226的任何部分。替代地，可以预期第二凹槽230可以是凸元件，从杆226向外延伸而不是进入杆226。因而，图4的所得到的热增强结构144将是形成于流体通道82组的壁中的凹特征。

参考图11，利用立体光刻部件组件210，基板222和歧管60来描述形成热交换器50的方法250。该方法可以包括提供基板，例如基板222。在252，方法250可以包括将一组立体光刻部件联接到基板，其中该组立体光刻部件包括一组返回歧管和一组流体通道结构。基板，返回歧管组和流体通道结构组可以是基板222，返回歧管结构218组和流体通道结构216组，如图9中所述。此外，该组立体光刻部件还可以包括一组翅片结构，例如图9的翅片结构220组。方法250中的该组立体光刻部件还可以联接到机械加工的歧管部段，例如如本文所述的歧管60。在一个示例中，歧管部段可以由机械加工的铝制成。

在254，方法250还可以包括在基板222或歧管60的暴露表面上以及任何其它部件（例如该组立体光刻部件的外表面）上电铸金属层。可以预期在电铸之前，可以对暴露表面进行预处理以清洁暴露的金属表面以便沉积带电金属离子。初始金属层可以形成在暴露表面和立体光刻部件上，以便于电铸，例如在电铸之前使用非电镀作为化学工艺。在一个非限制性示例中，电铸可以是增材制造，例如电沉积。一个替代示例可以包括电镀。这样的电沉积可以用于由铝合金形成金属层，但是可以预期其它合金。在一个非限制性示例中，金属层可以由铝（Al）和锰（Mn）制成，例如Al₆Mn。利用电沉积来控制包括在金属层中的Mn的量可以提供形成具有不同材料性质的区域，例如图7的区域180、182。例如，与硬度增加的部分相比，较少量的Mn可以导致具有较低硬度的合金，同时具有增加的热导率。替代地，更大浓度的Mn可以提供显著更高的硬度，同时具有最小化的热导率。基于Mn的浓度，热交换器50电铸期间的Mn浓度可以为诸如图7的第一区域180的区域提供增加的硬度，或者替代地，提供减小的硬度，同时具有改善的热导率，例如图7的第二区域182。因而，这些区域可以具有不同的材料性质，例如增加硬度，导致改善的抗拉强度，或增加热导率。在替代示例中，电沉积可以用于电铸金属层以在非限制性示例中具有附加的材料性质，例如增加或减小的电导率，熔点或热膨胀率。在一个非限制性示例中，电铸金属层可以具有在0.030至0.050英寸之间的壁厚度，比典型热交换器组件的典型壁厚度更薄。

在256，方法250还可以包括去除该组立体光刻部件以限定具有带有一组流体通道的一体整体主体的热交换器，其中至少一些流体通道经由返回歧管组被流体联接。在一个非限制性示例中，可以通过热吹扫或化学蚀刻来完成立体光刻部件的去除。

现在参考图12，示例性浴槽（bath tank）280承载单一金属成分溶液282。在一个非限制性示例中，单一金属成分溶液282可以包括携带锰离子的铝合金。在一个替代的非限制性示例中，单一金属成分溶液282可以包括携带合金化金属离子的镍合金。在浴槽280中提供立体光刻部件284。在一个示例中，立体光刻部件284可以表示用于形成如本文所述的整体主体68的立体光刻部件组件210。立体光刻部件284可以联接到由铝制成的第二基板286，例如所述的图9的基板222。立体光刻部件284可以包括第一外表面288，类似于本文所述的图14的第二外表面270，而第二基板286可以具有未被立体光刻部件284覆盖的暴露表面。

在浴槽280中提供三个阳极290与阴极292间隔。阳极290可以是牺牲阳极或惰性阳极。尽管示出了三个阳极，但是浴槽280可以包括任何数量的阳极290，包括一个或多个阳极。立体光刻部件284可以形成具有导电材料的阴极292。在立体光刻部件284的牺牲模具微导电或不导电的情况下，可以向第一外表面288提供导电喷雾或类似处理以促进阴极292的形成。尽管示出为一个阴极292，但是应当领会，可以预期一个或多个阴极。

在一个非限制性示例中可以由塑料制成的第一屏蔽防护件300可以位于立体光刻部件284上方，将立体光刻部件284分离成在第一屏蔽防护件300的一侧的第三区域294以及在第一屏蔽防护件300的另一侧的第四区域296。第二屏蔽防护件302可以围绕立体光刻部件284定位在带型位置，将在立体光刻部件的顶部的第三和第四区域294、296与在立体光刻部件284下方的第五区域298分离。屏蔽防护件300、302是非导电元件。每个区域294、296、298中可以放置一个阳极290，与立体光刻部件284间隔。用屏蔽防护件300、302分离阳极290可以用于通过隔离电解质控制金属成分溶液中的合金化离子的局部浓度。

可以包括电源的控制器310可以通过电导管312电联接到阳极290和阴极292以经由导电金属成分溶液形成电路。可选地，开关314或子控制器可以沿着电导管312包括在控制器310与阳极290和阴极292之间。开关314可以选择性地为单独的阳极290供电，从而有效地将控制器310分成延伸到多个阳极290的多个电源。替代地，可以预期开关314形成单独的多个电源，其与控制器310通信地联接以用于向阳极290和阴极292的每一个提供单独的电力，而不是利用公共电源。

在操作期间，电流可以从阳极290供应到阴极292以在立体光刻部件284和第二基板286处电铸整体主体。在供应电流期间，来自单一金属成分溶液282的铝和锰形成金属层，例如图15和16中所述的金属层274，从而在立体光刻部件284上形成整体主体。

独立阳极290在独立区域294、296、298内的放置可以提供特别地控制整体主体的形成。例如，利用控制器310或开关314选择性地操作阳极290可以用于局部确定整体主体的浓度和形成，其可以用于局部确定整体主体的材料性质。

图13示出了形成整体部件的一个步骤，如图12中的步骤，并且可以是如本文所述的热交换器的示例性形式，但是应当理解，该方法可以用于形成具有不同材料性质的任何部件，并且不限于所描述的热交换器。在一个非限制性示例中，电沉积组件258的示意性部分可以包括基板222或由金属材料（例如机械加工的铝）制成的任何合适的基部。基板222可以具有可以是平坦的第一侧260以及具有一组延伸部264的第二侧262。现在参考图14，以虚线示出的一组3D打印的牺牲模具可以联接到基板222。一组牺牲翅片模型可以沿着平坦的第一侧260布置，并且一组流体通道模型可以沿着第二侧262布置在延伸部264之间。牺牲模具266、268与基板222的暴露部分组合可以形成第二外表面270。应当领会，牺牲模具266、268可以仅覆盖基板222的一部分，留下基板222的暴露表面272。在一个非限制性示例中，牺牲模具266、268可以通过增材制造由塑料形成。牺牲模具可以通过任何合适的增材制造或3D打印方法制成，或者可以通过任何其它合适的方法制成，例如模制或挤出。在通过电沉积形成的部件是复杂部件的示例中，可能期望通过3D打印形成牺牲模具以实现适合于形成复合部件的复杂形成物。

在图15中，可以围绕塑料模型的第二外表面270和基板222的暴露表面272形成金属层274。尽管金属层274被示为独立限定的层，但是应当理解金属层274可以通过电沉积形成并且可以形成部件的整体或一体部分。金属层274可以利用局部阳极（例如图12的那些）形成，而电沉积组件258的暴露金属部分可以形成阴极。为了便于围绕牺牲模具266、268形成金属层274，可以将类似材料的金属喷雾施加到牺牲模具266、268。在一个非限制性示例中金属层274可以由铝合金制成。

在图16中，牺牲模具266、268已被去除以围绕基板222形成第二整体主体276，其可以是如本文所述的整体主体68。去除的牺牲模具266、268可通过任何合适的方法去除，例如热吹扫或化学蚀刻。在第一非限制性示例中，去除的牺牲翅片模型可以形成图2的翅片90，并且在另一非限制性示例中，去除的流体通道模型可以形成图2的一组流体通道82。

现在参考图17，第一图形320示出脉冲电流波形，其具有包括第一接通期324和第一断开期326的第一周期循环322。利用脉冲电流，可以在第一接通期324期间以预定电流密度将电流供应到一个或多个阴极持续一段时间，并且然后在第一断开期326停止电流持续预定的一段时间。电流的供应和终止的第一周期循环322可以重复持续预定的一段时间。第一周期循环322可以表示在电铸整体部件中将电流供应到图12的一个或多个阳极290。利用脉冲电流波形，多个阳极（例如图12的阳极290）可以邻近各种区域被使用，例如图12的区域294、296、298。多个阳极290的使用提供了相对于公共阴极电位的波形。

现在参考图18，第二图形330示出了具有第二周期循环332的脉冲反向电流波形。第二接通期334被定义为以特定的电流密度供应负电流，并且第二断开期336被定义为不供应电流，接通期和断开期形成第二周期循环332。第二周期循环332可以表示在电铸整体部件中将电流从图12的阳极290供应到阴极292，并且可以或可以不与图17的脉冲电流波形组合使用。

图17的脉冲电流波形或图18的脉冲反向电流可以用于在图12的浴槽280中生成电场以便经由电泳电铸整体部件。利用脉冲电流或反向脉冲电流，结合其它可行的，如流体温度，可以提供影响整体主体的金属层的晶粒尺寸以及分子组织。在图12的单一金属成分溶液282包括具有锰离子的铝的示例中，可以使用脉冲电流，反向电流，调制电流，电流量或屏蔽防护件的位置来改变电铸整体部件上的锰离子的局部浓度。可以改变这些参数以及其它参数以控制电铸部件中的锰的量以及例如在结晶或准晶形成物中的分子结构。可以使用具有多个电源的多个阳极290来离散地控制独立区域294、296、298内的局部锰量以局部调整部件的区域内的不同材料性质。

例如，0-7.5%浓度的锰可以导致具有15至7微米（μm）范围的晶粒尺寸的合金形成晶体结构，导致约1.0-2.8千兆帕斯卡（GPa）的硬度。类似地，8.2-12.3和13.6-15.8的Mn的浓度可以提供10-25纳米（nm）范围内的更小的晶粒尺寸，具有4.8至5.5GPa之间的显著更高的硬度。热交换器50电铸期间的Mn浓度可以为区域提供增加的硬度，或者替代地，随着热导率增加而减小的硬度。与具有增加的硬度的区域相比，具有减小的硬度的区域可以具有增加的热导率和增加的电导率，例如通过以0-7.5%的锰形成的晶体结构。因此，应当领会，控制用于形成整体部件的锰的量可以用于确定局部材料性质，例如增加的硬度，导致改善的抗拉强度，或增加的热导率。尽管关于铝和锰进行了描述，但是应当领会可以预期替代的金属合金。改变这种的替代合金的溶液中的离子浓度可以适于改变特定部件的不同金属性质。

将具有多个电源的多个阳极用于公共阴极可以用于局部控制锰的浓度，以使部件适于在不同区域中具有不同的材料性质。参数的变化例如图17的脉冲电流或图18的反向脉冲反向电流，以及其它变量，例如阴极的数量，多个电源，在控制器310内限定的函数发生器，电流窃取（current thieves），浴温度，或屏蔽防护件300的定位等的变化可以用于通过控制金属层的局部浓度或晶体形成特别修改或调节局部材料性质。特别地，使用电流窃取可以用于局部调节调制电流密度，而屏蔽防护件的位置可以用于控制金属合金（例如单一金属成分溶液中的锰）的局部浓度。

使用多区域阳极，一个或多个阴极，多个电源，电流窃取和屏蔽防护件使得能够为相同的整体部件限定分离的区域，从而允许整体主体具有离散的局部材料性质。在图4所述的热交换器50的示例中，翅片90和流体通道82组可以具有增加的热导率以改善热传递，而歧管连接部74、76和返回歧管88可以具有改善的抗拉强度以增加部件寿命并且最小化所需的维修或维护。

还应当领会，如本文所述的热交换器提供了完全整合的整体热交换器或表面空气冷却式油冷却器。整体主体提供减小的总成本，重量，装配过程操作和部件缺陷。制造热交换器的方法可以提供由更强的铝合金形成的热交换器，与现有的铝合金相比，其强度可以高出三倍或更多。通过消除二次成形，机械加工或焊接操作的需要，减小了整体主体的制造成本。此外，在没有这样的二次操作的情况下材料浪费被最小化。

通过本文所述的工艺和方法形成的热交换器或其它部件提供复杂的热增强特征的形成，例如包括护罩，百叶窗或其它元件的如本文所述的翅片，其对于当前的挤压或削减工艺是不可能的。改进的翅片提供了最小化的翅片高度，这可以减少整体阻力以改善燃料消耗率。护罩提供防止通过翅片顶部的气流损失。多达30-40%的气流可以通过翅片之间的通道顶部排出。护罩提供最小化这些损失，改善总体热交换器效率。类似地，热增强结构在主体内提供改善的热传递。此外，形成具有增加的热导率的整体主体的部分进一步改善了热交换器的效率。

热交换器也包括改善的部件耐久性和寿命，提供了总体成本节省。用于整体主体的电铸合金可以提供具有更长部件寿命的强化合金，同时减少所需的维护。热交换器的改善强度可以提供比当前设计强三倍的合金，而延展性没有明显的损失。改善的强度提供了减小的部件厚度，这减小了整体重量，质量和成本。

此外，如本文所述的通过电沉积方法形成的部件的热交换器可以在非限制性示例中具有局部调整且不同的材料性质以使部件适应不同的局部需要，例如热导率或结构完整性。

前面已描述了热交换器或表面冷却器装置。虽然已关于有限数目个实施例描述本发明，但具有本发明权益的所属领域的技术人员将了解，可设计不脱离如本文中所描述的本发明的范围的其它实施例。虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可用等效物取代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情形或材料适于本发明的教示。例如，本文中描述的热交换器可被配置成用于在许多不同类型的飞行器发动机架构或非飞行器实现方式中使用，例如但不限于，多线轴设计（额外压缩机和涡轮机部段）、齿轮涡轮风扇型架构、包括无管道风扇的发动机、单轴发动机设计（单个压缩机和涡轮机部段）等。因此，希望本发明不限于被公开作为预料用于进行本发明的最佳模式的特定实施例。因此，应理解，所附权利要求书希望涵盖如属于本发明的真实精神的所有此类修改和改变。

在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可按需要彼此组合使用。一个特征未在所有实施例中说明并不意味着被解释为它不能这样，而是为了简化描述才这样。因此，必要时可以混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论是否已明确描述所述新的实施例。本发明涵盖本文所描述的特征的所有组合或排列。

此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种形成热交换器的方法，所述方法包括：

将基板和歧管部段联接到具有外表面的牺牲模具，所述牺牲模具被限定为阴极，所述牺牲模具包括一组返回歧管结构、歧管连接部和一组流体通道结构；

提供多个阳极；

利用连接到所述多个阳极的控制器通过利用单一金属成分溶液在所述牺牲模具的所述外表面和所述基板上电铸而形成整体部件，并且其中所述整体部件包括至少两个离散区域，其中所述至少两个离散区域中的每个离散区域在单层内具有不同局部材料性质，所述离散区域具有所述不同局部材料性质是在所述单层的所述电铸期间经由连接到所述多个阳极的控制器而通过控制局部浓度或结晶形成实现的；以及

去除所述牺牲模具以限定具有带一组返回歧管和一组流体通道的所述整体部件的热交换器，所述一组流体通道中的至少一些经由所述一组返回歧管流体地联接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述单一金属成分溶液包括铝合金或镍合金。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阴极包括多个阴极。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述电铸包括利用脉冲电流或脉冲反向电流。

5.根据权利要求4所述的方法，其中控制所述局部浓度包括提供屏蔽防护件，改变反向电流的量或调制脉冲宽度中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述电铸还包括利用用于所述多个阳极中的至少一些阳极的多个电源来电铸金属层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述整体部件还包括通过电沉积控制所述整体部件的第一区域中的指定金属的量，其中所述整体部件的所述第一区域与所述整体部件的另一区域相比具有增加的热导率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述形成所述整体部件还包括通过电沉积控制所述整体部件的第二区域中的指定金属的量，其中所述整体部件的所述第二区域与所述第一区域相比具有提高的抗拉强度。

9.一种形成热交换器的方法，所述方法包括：

将具有外表面的至少一个牺牲模具附接到基板，其中所述牺牲模具包括一组返回歧管结构、歧管连接部和一组流体通道结构；

利用多个阳极在所述基板的暴露外表面和所述牺牲模具的所述外表面上电铸金属层，其中所述电铸包括利用所述多个阳极控制所述金属层的第一区域中的第一指定金属的量以形成所述热交换器的第一部分和利用所述多个阳极控制所述金属层的第二区域中的第二指定金属的量以形成所述热交换器的第二部分，所述第一区域与所述第二区域是离散的，并且所述第一区域和所述第二区域具有不同材料性质；以及

去除所述至少一个牺牲模具以限定具有包括所述第一部分和所述第二部分以及一组返回歧管和一组流体通道的一体部件的所述热交换器，所述一组流体通道中的至少一些经由所述一组返回歧管流体地联接。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电铸包括由单一金属成分溶液电铸。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述单一金属成分溶液包括铝合金或镍合金。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述电铸包括利用脉冲电流或脉冲反向电流。

13.根据权利要求9所述的方法，其还包括控制所述多个阳极中的一个处的合金化金属的局部浓度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述局部浓度包括利用屏蔽防护件来控制所述局部浓度。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述电铸所述金属层包括利用用于所述多个阳极中的至少一些阳极的多个电源。

16.根据权利要求9所述的方法，其还包括在电铸之前金属化所述基板的暴露部分或所述至少一个牺牲模具的所述外表面的暴露部分中的至少一个。

17.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一区域与所述一体部件的其余部分相比具有增加的热导率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二区域与所述一体部件的其余部分相比具有提高的抗拉强度。