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

2、高等優(yōu)點得到了廣泛應用，但硬度低、耐磨性差等自身缺陷又嚴重限制了鈦合金的應用領域。近年來，材料表面改性領域研究的熱點之一——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、耐磨損的復合涂層，在保證基體良好性能不變的同時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)存在極其復雜且反應迅速的傳熱現(xiàn)象和化學變化，這直接影響材料成形熔覆層的質(zhì)量和力學性能，因此對熔池內(nèi)溫度場的控

3、制顯得尤為重要。利用計算機軟件對熔池內(nèi)溫度場進行數(shù)值模擬，用以指導熔覆工藝參數(shù)的選擇及涂層質(zhì)量缺陷的預測，從而達到改善熔覆層質(zhì)量的目的，這在實際應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合涂層。首先利用ANSYS有限元軟件對激光熔覆過程中熔池內(nèi)溫度場分布情況進行了研究，并對激光功率參數(shù)進行了優(yōu)化選擇。然后利用優(yōu)化的工藝參數(shù)進行激光熔覆實驗，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，并對兩組試樣熔覆層的顯微組織形貌和力學性能進行了分析。具體研究內(nèi)容如下：利用ANSYS有限元軟件建立了預置式激光熔覆幾何模型，并利用參數(shù)化設計語言APDL實現(xiàn)了移動激光熱源的施加。溫度場模擬結(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型號半導體激光器在TC4合金上進行預置式激光熔覆實驗，實驗參數(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等實驗設備對熔覆層進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