鈦合金激光熔覆鈷基涂層的制備及數(shù)值模擬.pdf

1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文鈦合金激光熔覆鈷基涂層的制備及數(shù)值模擬FabricationandNumericalSimulationofCobaltbasedCompositeCoatingonTitaniumAlloySurfacebyLaserCladding學(xué)號(hào)：31305019大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)專業(yè)!學(xué)位碩士學(xué)位論文摘要隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展，鈦及鈦合金因其密度小、比強(qiáng)度

2、高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，但硬度低、耐磨性差等自身缺陷又嚴(yán)重限制了鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，材料表面改性領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一——激光熔覆技術(shù)，可以為改善鈦合金表面缺陷提供極具發(fā)展前景的途徑。利用激光熔覆技術(shù)可在鈦合金表面熔覆一層高硬度、耐磨損的復(fù)合涂層，在保證基體良好性能不變的同時(shí)有效改善其表面缺陷。在激光熔覆過程中，尺寸很小的熔池內(nèi)存在極其復(fù)雜且反應(yīng)迅速的傳熱現(xiàn)象和化學(xué)變化，這直接影響材料成形熔覆層的質(zhì)量和力學(xué)性能，因此對(duì)熔池內(nèi)溫度場(chǎng)的控

3、制顯得尤為重要。利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)熔池內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，用以指導(dǎo)熔覆工藝參數(shù)的選擇及涂層質(zhì)量缺陷的預(yù)測(cè)，從而達(dá)到改善熔覆層質(zhì)量的目的，這在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。本文利用激光熔覆技術(shù)在TC4鈦合金上制備了鈷基復(fù)合涂層。首先利用ANSYS有限元軟件對(duì)激光熔覆過程中熔池內(nèi)溫度場(chǎng)分布情況進(jìn)行了研究，并對(duì)激光功率參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇。然后利用優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行激光熔覆實(shí)驗(yàn)，熔覆材料有兩種，純KF—C050鈷基自熔性粉末和摻雜10％Zr02的混

4、合粉末，并對(duì)兩組試樣熔覆層的顯微組織形貌和力學(xué)性能進(jìn)行了分析。具體研究?jī)?nèi)容如下：利用ANSYS有限元軟件建立了預(yù)置式激光熔覆幾何模型，并利用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)激光熱源的施加。溫度場(chǎng)模擬結(jié)果表明，激光熔覆熔池呈橢球形，熔池內(nèi)溫度等溫線呈勺狀，并且光斑前沿溫度梯度大(等溫線密集)，而光斑后的熔覆層溫度梯度小(等溫線稀疏)。不同激光輸出功率下熔池內(nèi)溫度場(chǎng)分布的研究結(jié)果表明，隨著激光功率的增大，熔池內(nèi)最高溫度也逐漸增大，熔深增加，

5、為保證熔覆層較小的稀釋率，激光功率選擇在1000W—1100W之間比較合適。利用LaserlineLDF4000100型號(hào)半導(dǎo)體激光器在TC4合金上進(jìn)行預(yù)置式激光熔覆實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：激光輸出功率P=1000W，掃描速度V=5mm／s，激光光斑直徑D=3mm。隨后利用XRD、EPMA、SEM等實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)熔覆層進(jìn)行形貌及相組成分析。分析結(jié)果表明，A1和A2(添加10％部分穩(wěn)定Zr02)兩組試樣的熔覆層物相大體相同，主要是在丫Co和少量pT