基于紅外測(cè)溫鎂合金表面激光熔凝及其溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、基于輕質(zhì)高強(qiáng)、礦產(chǎn)資源豐富以及易于回收等一系列優(yōu)勢(shì)，鎂臺(tái)金材料已成為“陸?？仗臁苯煌ㄟ\(yùn)載裝備中的重要發(fā)展材料。被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但是鎂合金耐腐蝕性及耐磨損性較差，成為制約鎂合金廣泛應(yīng)用的瓶頸。因此采用表面改性技術(shù)，來提高鎂合金表面的耐磨損性能和耐腐蝕性能等綜合性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文采用激光熔凝技術(shù)，以A231B鎂合金為研究對(duì)象，利用3kW半導(dǎo)體激光加工系統(tǒng)進(jìn)行激光熔凝試驗(yàn)，以期提高鎂合金的耐磨損性能

2、和耐腐蝕性能；利用紅外熱像儀測(cè)量了激光熔凝過程中溫度場(chǎng)的分布及變化，并與ANSYS數(shù)值模擬進(jìn)行了對(duì)比。利用光學(xué)顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)及電化學(xué)腐蝕設(shè)備等研究了激光工藝參數(shù)對(duì)激光熔凝層的組織及性能的影響，分別從顯微組織、物相、電化學(xué)腐蝕性能以及磨損性能等對(duì)比分析了原始鎂合金和表面改性層；并利用ANSYS對(duì)激光熔凝層的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。首先，對(duì)A231B鎂合金進(jìn)行了激光熔凝處理，熔凝層與基體結(jié)合良好，沒有裂紋、氣孔等缺陷。

3、分別選取改變激光功率和掃描速度這兩個(gè)參數(shù)對(duì)鎂合金進(jìn)行熔凝層進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著激光功率的增加或掃描速度的減小，熔寬和熔深都增大。熔凝層由α-Mg和β-Mg17AI12組成，且晶粒明顯比基材細(xì)化。熔凝層的耐磨損性能以及耐腐蝕性能都得到了提高，腐蝕電位正移了0.076～0.152V，腐蝕電流密度降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。本文采用紅外熱像儀對(duì)A231B鎂臺(tái)金半導(dǎo)體激光熔凝試驗(yàn)過程進(jìn)行了溫度場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試，并采用了ANSYS有限元數(shù)值模擬軟件，對(duì)其

4、進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真模擬。進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，模擬的溫度結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比較接近，完全可以用ANSYS模擬代替試驗(yàn)測(cè)試。
　　 本文利用有限元中的二次開發(fā)語言APDL開發(fā)了激光熔凝過程的溫度場(chǎng)分析程序，實(shí)現(xiàn)了模擬過程的自動(dòng)化，研究了在給定激光參數(shù)條件下的溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過程以及溫度場(chǎng)分布，以及對(duì)熔凝層深度、寬度的影響規(guī)律。建立了適用于激光熔凝過程的激光寬帶熱源模型。并應(yīng)用ANSYS11.0軟件，建立激光熔凝過程的光斑模型，考

5、慮材料熱物理性能參數(shù)與溫度的非線性關(guān)系以及邊界初始條件，分析了激光熔凝的溫度場(chǎng)。A231B鎂臺(tái)金板材表面激光熔凝試驗(yàn)表明，寬帶熱源模型得到的熱源形狀及“平底鍋”狀熔凝區(qū)截面形貌與實(shí)際相符合，熔凝區(qū)截面尺寸和試驗(yàn)測(cè)量值一致，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和適用性。通過模擬與實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)以及圖形的比較，發(fā)現(xiàn)利用ANSYS模擬激光熔凝溫度場(chǎng)，能建立接近真實(shí)狀況的溫度場(chǎng)模型，使用寬帶熱源模型可以計(jì)算得到符合實(shí)際的光斑和焙凝區(qū)截面，獲得更合理的溫度場(chǎng)分布，具