AlN陶瓷表面快速制備銅覆層過程數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、為了達到在AlN陶瓷表面快速制備銅覆層的目的，文中對在AlN陶瓷表面快速制備銅覆層的溫度條件進行計算，據(jù)此采用激光熔覆的方法制備銅覆層，在激光熔覆試驗之前對激光熔覆過程進行數(shù)值模擬計算，得出最佳試驗工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進行激光熔覆試驗。之后對試驗方法和工藝作出調(diào)整，采用熱源能量密度較低的等離子噴涂工藝制備銅覆層,并對兩種制備工藝結(jié)果進行分析。
　?。?）保護氣體在材料表面的流動邊界層和熱邊界層厚度之比為0.625；建立并解算高能熱

2、源加工工程中材料表面保護氣體的基本牛頓流體的基本方程組，由此得出熱邊界層的分布規(guī)律；保護氣體流入的瞬間，熱邊界層厚度約為0.4mm，導(dǎo)熱系數(shù)達到600W/m以上，之后導(dǎo)熱系數(shù)迅速下降，最小值大約為125W/m·K，對散熱系數(shù)的分布進行擬合，散熱系數(shù)為關(guān)于動坐標(biāo)的高次函數(shù)的倒數(shù)。這樣將動態(tài)對流換熱問題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)導(dǎo)熱問題的定量化表征，提供了一種求解高能束加工過程表面對流散熱系數(shù)的新思路。
　　（2）進行數(shù)值模擬計算，實現(xiàn)了激光熔覆過程

3、的動態(tài)模擬。找出了最佳工藝參數(shù)范圍在有效激光功率、掃描速度和預(yù)熱溫度分別為750W、7mm/s和800K附近。隨著有效激光功率的增大，節(jié)點升溫速度變大，降溫速度減小，最大主應(yīng)力值變大，應(yīng)力降低速度加快；提高預(yù)熱溫度則可以同時降低升溫速度和降溫速度，使最大主應(yīng)力值變大，應(yīng)力降低速度加快；提高掃描速度則可以減小升溫速度，但是降溫速度會隨之加大。激光熔覆AlN陶瓷過程中可采取的改善工藝的措施包括采取較高的預(yù)熱溫度、較小的激光功率和減小掃描速度

4、，當(dāng)有效功率低于738W時采用降低掃描速度的方式可以直接降低應(yīng)力值，而當(dāng)有效功率高于868W時采用提高掃描速度的方式可以降低最大溫度變化率來間接降低應(yīng)力值。此外通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)對于激光熔覆過程，實際生產(chǎn)中要引入起點預(yù)熱材料和終點緩冷材料以降低裂紋發(fā)生的可能性。
　?。?）試驗發(fā)現(xiàn)相對于等離子噴涂，激光束能量密度極大，導(dǎo)致微燒蝕作用的產(chǎn)生。雖然會引起對銅覆層的稀釋，也對過渡層的減薄起到積極作用，可以實現(xiàn)高質(zhì)量的結(jié)合。激光束能量密度很