鋁合金表面納米顆粒增強Ti-Al激光熔覆涂層制備及仿真研究.pdf

1、本文基于“航空發(fā)動機的葉片修復”這一熱點研究問題,采用激光熔覆技術(shù)對研究對象7050鋁合金表面進行涂層制備。文中以壓片預置式法為手段,通過制備高分散的懸浮液引入納米顆粒作為增強相,利用納米稀土和納米陶瓷的優(yōu)越性能以及激光熔覆技術(shù)快速熔化凝固冷卻的優(yōu)勢在鋁合金表面制備出納米顆粒增強的Ti-Al熔覆涂層,對其形貌、組織、硬度等性能進行研究分析,探討納米顆粒對熔覆層組織的作用機制,從而為涂層的廣泛應用奠定基礎(chǔ)。
　　本文完成的主要工作和

2、取得的成果如下。
　　(1)通過考察納米SiC在去離子水、1:1醇水混合溶液以及乙醇中的分散行為確定了乙醇為最佳的制備納米SiC的分散介質(zhì);通過以無水乙醇為分散介質(zhì),研究添加不同質(zhì)量分數(shù)的納米SiC的分散行為,確定了最佳的粉體質(zhì)量分數(shù)為3％;研究納米SiC的超聲分散行為和球磨分散行為,對兩種分散方式進行對比,當采用超聲分散方式進行超聲30min可獲得高分散的納米SiC懸浮液,而球磨分散工藝對制備納米SiC懸浮液的作用效果不佳。

3、r>　　(2)基于有限元軟件ANSYS對激光熔覆高能快冷過程進行溫度場仿真,建立了三維瞬態(tài)溫度場有限元模型,綜合考慮熱源模型、材料屬性、相變潛熱、邊界條件等因素,通過數(shù)值仿真研究了復合微米粉和單相微米粉在激光熔覆過程中的溫度場分布,獲得了其熔池的形貌,深入分析了在熔覆過程中的溫度分布。以光斑中心的最高溫度為評價指標,分析獲得了激光功率、激光掃描速度以及光斑直徑對激光熔覆過程中的溫度場的影響規(guī)律。
　　(3)基于機械球磨法制備出了包

4、覆均勻的微米Ti-Al復合粉體,通過壓片預置式法將復合粉體壓制在經(jīng)過噴砂預處理的鋁合金7050待熔覆表面上。采用正交試驗對熔覆工藝參數(shù)進行優(yōu)化分析,獲得了當激光功率為1.5kW,掃描速度為150mm/min,離焦量為50mm時的熔覆層質(zhì)量最佳,其宏觀形貌完整且連續(xù)。觀察橫截面形貌可知,通過預處理和壓片預置式法減少了熔覆層中氣孔和裂紋的產(chǎn)生,熔覆層以胞狀樹枝晶為主,其熔覆層的最高硬度達到160.4HV。
　　(4)探討了納米顆粒在激

5、光熔覆過程中的作用機制,并對熔覆層組織晶粒生長過程進行了理論分析。對制備出的納米SiC、納米La2O3以及雙相納米SiC+La2O3熔覆層形貌和組織進行了分析,納米顆粒增強的Ti-Al熔覆層的組織得到細化,且無氣孔和裂紋的產(chǎn)生,其中雙相納米顆粒增強的Ti-Al熔覆涂層的組織稀釋率較低且與基體材料形成良好的冶金結(jié)合,但其發(fā)生過燒導致其晶粒組織粗大。對納米顆粒增強的熔覆層的顯微硬度進行測定和對比,納米顆粒的引入細化了晶粒提高了熔覆涂層的硬度