基于相場法的激光熔注涂層凝固結晶研究.pdf

1、激光熔注是一種新型的表面強化技術，適合于制備高耐磨、耐腐蝕和耐高溫的梯度過渡復合涂層。在激光熔注過程中，熔注層的微觀組織和增強顆粒的分布對熔注層的性能和壽命起到?jīng)Q定性作用。因此研究熔注層的微觀組織有利于控制材料的性能，并設計合理的工藝參數(shù)，促進激光熔注技術的工業(yè)應用。本文采用相場法研究激光熔注熔池凝固過程中枝晶生長過程，研究對流、增強顆粒以及外界因素對枝晶形貌的影響，為激光熔注涂層性能的預測奠定基礎。
　　基于純物質(zhì)Wheeler

2、模型，通過引入濃度場參數(shù)建立了鎂合金相場模型，并結合材料的物性參數(shù)，研究了過冷度對單枝晶生長的影響。依據(jù)隨機格子法原理建立了多晶粒相場模型，模擬了多枝晶的生長過程，以及溫度梯度和冷卻速度對多枝晶生長的影響，再現(xiàn)了枝晶間內(nèi)部區(qū)域的干擾作用；溫度梯度使得各個枝晶尺寸沿熱流方向依次增大；冷卻速度導致枝晶生長速度變大，枝晶臂變得粗大且枝晶臂間出現(xiàn)合并粗化現(xiàn)象。
　　基于多晶粒相場模型，建立了耦合流場的相場模型，研究了對流對二元合金枝晶生長

3、的影響。研究表明，熔體的流動能夠改變枝晶的溫度場和濃度場分布，從而影響多枝晶的生長。在對流作用下，枝晶上游側受到熔體的沖刷，下游側沖刷作用力弱，導致枝晶上游側枝晶前端的溫度邊界層薄而下游側厚，從而使得枝晶上游側實際過冷度大，枝晶生長速度快；而枝晶下游側實際過冷度小，枝晶生長速度緩慢，最終導致枝晶上游枝晶發(fā)達而下游枝晶退化。且隨著對流速度的增大，這種現(xiàn)象越明顯。
　　增強顆粒體積分數(shù)越大，增強顆粒對枝晶的作用范圍大，對枝晶形貌的影響