激光焊接熔覆微觀結(jié)構(gòu)分析顯微鏡-激光熔覆技術(shù)

  對(duì)于研究新型合金系統(tǒng)和開發(fā)新材料工作來說，激光熔覆是一個(gè)強(qiáng)有
力的工具。在激光熔覆過程中，掃描激光束會(huì)將不同元素混合粉末以及薄
薄的一層基底材料同時(shí)熔化。一旦激光束移開，由于熱量快速傳遞給其余
大部分基底，熔化池中物質(zhì)會(huì)凝同。由于具有高冷卻率，故激光處理后的
材料幾乎不發(fā)生頻繁地平衡相變，最終達(dá)成良好的微觀結(jié)構(gòu)，并且一般會(huì)
含有非平衡相和過飽和同溶體

  光熔覆建模采用同軸噴粉的激光熔覆技術(shù)涉及一系列復(fù)雜的物理現(xiàn)象
，比如激光一粉末相互作用、熱傳導(dǎo)、熔化、流體流動(dòng)和凝固。此外，由
于使用了高功率激光，故會(huì)伴隨產(chǎn)生蒸發(fā)和等離子體。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸的
精確控制，首先需要了解各種工藝參數(shù)，如激光功率、送粉速率、激光掃
掠速度等，對(duì)涂層外形造成的影響。通過測(cè)量目標(biāo)區(qū)域溫度冷卻過程數(shù)據(jù)
，即可預(yù)測(cè)涂層最終微觀結(jié)構(gòu)。激光焊接后的微觀結(jié)構(gòu)也可通過相同的步
驟來預(yù)測(cè)。在多組分材料涂層工藝中，在凝固界面合理的溶質(zhì)分離條件下
，就可以通過求解物質(zhì)傳輸方程來獲取固化層中溶質(zhì)濃度的分布情況。

  在考慮吹粉流引起激光功率衰減的基礎(chǔ)上，建立了三維瞬態(tài)模型。他
們將修正導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)人液態(tài)金屬熱毛細(xì)管現(xiàn)象，而忽略流體流動(dòng)影響。通
過熔化池內(nèi)質(zhì)量沉積不斷堆積小層，最終形成涂層外形。Zhao等提出了一
個(gè)使用三維有限元法建立的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激光熔覆模型。其模型與Hoadley的模型
相似，但重點(diǎn)放在了稀釋率控制上。近來，他們又提出了
一個(gè)三維瞬態(tài)激光熔覆模型，其中通過能量方程耦合方式徹底解決了流體
流動(dòng)問題。采用固／液連續(xù)介質(zhì)模型模擬了熔化
和凝同現(xiàn)象，他們采用簡單的指示變量法來不斷修正熔化池自由表面的增
長，而無須精確計(jì)算與曲率相關(guān)的流體表面形狀。

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