TiAl合金表面激光重熔复合陶瓷涂层温度场数值模拟及组织分析

为了研究激光重熔工艺参数对等离子体喷涂复合陶瓷涂层组织结构的影响,根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,建立了TiAl合金表面激光重熔等离子体喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)复合陶瓷涂层连续移动三维温度场有限元模型,对激光重熔温度场进行了分析.分析结果表明,当陶瓷涂层厚度较大时,受到陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现完全重熔,根据重熔时作用区温度场分布,可将整个涂层分为重熔区、烧结区和残余等离子体喷涂区;在优化的工艺参数下,采用相对较低的激光重熔功率和较低的扫描速度能够获得厚度较大的重熔区和烧结区.实验结果表明,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小且致密的等轴晶重熔区、烧结区和片层状残余等离子体喷涂区,并且重熔区和烧结区厚度的计算值和实验值吻合较好.     

钛合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层温度场数值模拟

根据激光重熔的特点,考虑了材料热物性参数、换热系数、相变潜热随温度变化的因素,应用ANSYS的参数化设计语言建立了TC4钛合金表面激光重熔等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层连续移动三维温度场有限元模型,并分析了激光功率和扫描速度对温度场的影响.结果表明与激光功率相比,激光扫描速度对试样温度场的影响较小.实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场计算模型是正确和可靠的.通过该计算模型,可以掌握激光重熔过程加热和冷却规律,为制备高性能的MCrAlY涂层优化工艺参数提供依据.     

TiAl合金表面多道搭接激光重熔温度场数值模拟

为了研究多道搭接对激光重熔等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层熔化的影响,根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,在已有的单道激光重熔温度场模型基础上,建立了TiAl合金表面多道搭接激光重熔连续移动三维温度场有限元模型.温度场的分析结果表明:由于激光扫描的热积累效应,重熔过程中试样的温度越来越高,熔池也越来越大,各扫描道之间存在明显的差异,因此不能获得熔化均匀且稀释率小的高质量重熔层.采用逐道减小激光功率或增大扫描速度的策略可以获得大体相同的各扫描道熔池;采用预热试样法同样可以有效地减轻各扫描道之间熔池的差异.     

TiAl基合金表面激光重熔MCrAlY涂层组织结构及抗氧化性

采用等离子喷涂工艺在TiAl基合金表面制备NiCoCrAl-Y2O3涂层.并用激光重熔工艺对涂层进行处理.用SEM、XRD对激光重熔前后的试样进行检测,分析了涂层的微观组织结构以及物相成分组成,同时对涂层进行高温氧化试验.结果表明,等离子喷涂后的涂层组织较致密,但仍存在孔洞等缺陷.激光重熔后涂层的组织结构进一步均匀、致密,晶粒得到细化.激光重熔过程中,涂层中Al元素上浮,并部分氧化生成Al2O3相.这两方面均可有效"阻碍"氧离子向内扩散和金属阳离子向外扩散,使重熔后涂层的高温抗氧化性能得到较大地改善.     

等离子喷涂Al2O3+13wt%TiO2陶瓷涂层的 激光重熔处理

本文用Ｘ射线衍射、扫描电镜和显微硬度研究了等离子喷涂Ａｌ２Ｏ３＋１３ｗｔ％ＴｉＯ２陶瓷涂层激光重熔处理后陶瓷熔化层的组织结构及硬度变化特征。激光重熔区亚稳相Ｙ－Ａｌ２Ｏ３转变成为稳定相α－Ａｌ２Ｏ３：ＴｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３反应生成ＴｉＡｌ２Ｏ３陶瓷熔化层致密,无孔隙、少裂纹或无裂纹;熔化层硬度有较大提高,且随激光能量密度的增大而增大,而涂层设计对其影响很小。此外,激光重熔能极大地提高陶瓷的涂层的耐磨     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及其性能研究

根据传热学理论和数值模拟方法研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型。利用建立的模型所优选的参数,进行了激光重熔试验,研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔后试件的性能特点。     

矩形光束激光重熔等离子喷涂热障涂层热震试验研究

在GH536高温合金基材上等离子喷涂NiCrA1Y/8wt.%Y2O3-ZrO2热障涂层后,采用积分化矩形光斑进行激光重熔。组织结构分析及热震试验结果表明：等离子喷涂与激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样以热震应力失效和热震应力复合TGO应力辅助作用两种形式失效。激光重熔试样以热震应力形式失效为主。能量密度较小的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命。网状裂纹及柱状晶粗化和扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光重熔工艺参数对热障涂层热震性能的影响

在GH536高温合金基材上等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层后,采用连续CO2激光进行表面陶瓷层激光重熔,得到了表面形貌、组织结构符合质量要求的涂层。热震试验结果表明,在本试验的失效判据下,等离子喷涂及激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样为热震应力失效,激光重熔试样以热震应力和TGO应力共同作用形式失效。激光能量密度为4.0J/mm2时,激光重熔试样具有略高于等离子喷涂试样的热震寿命,当激光能量密度较高时,激光能量分布不均导致的组织及结构的不均匀,柱状晶粗化是能量密度较高的表征,扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光重熔喷涂涂层研究进展

激光重熔能够消除涂层内部孔隙和裂纹,实现基体和涂层之间由机械结合向原子间扩散的冶金结合过渡,强化涂层内部结合力,减小晶粒尺寸,增加晶界数量,提高涂层塑性变形能力。使普通的金属基体获得优异的表面性能,提高零件使用寿命。文章从重熔参数、有限元仿真和实际应用三方面对激光重熔喷涂涂层的研究方向进行研究梳理,并展望未来激光重熔发展方向。     

TiAl合金表面激光重熔纳米陶瓷涂层热腐蚀性能

为了进一步提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,分别采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了纳米A12O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层.研究了两种涂层在850'C下75%Na2SO4+25%NaCl(质量分数)熔融盐中的热腐蚀行为,用扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射仪(XRD)对腐蚀后试样的微观组织以及物相进行了分析,并讨论了激光重熔处理对涂层耐热腐蚀性能的影响.结果表明,等离子喷涂陶瓷涂层的腐蚀情况较为严重,经过激光重熔后可以有效提高其耐热腐蚀性能.激光重熔试样具有较高抗热腐蚀性能的原因是:一方面激光重熔消除了喷涂层的层状结构和大部分孔隙,形成了均匀致密的重熔层,减少了热腐蚀过程中的腐蚀扩散通道;另一方面归因于激光重熔使亚稳相γ-Al2O3转变为稳定相α-Al2O3.     

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。     

脉冲激光钼表面氮化处理温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钼表面脉冲激光生成氮化钼薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算,计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Gauss分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响,此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化,分析了利用长脉冲激光进行材料表面相变硬化和激光重熔的可行性。     

激光表面熔凝温度场的二维数值模型

建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型,并利用有限差分法对Cu-Mn合金在激光表面快速熔凝条件下的温度场进行了计算。计算结果表明该模型能准确描述激光表面快速凝固条件下熔池的温度场信息,而且在保证计算精度的条件下简化了计算(相对于三维)。计算结果与实验结果相吻合。     

42CrMo钢表面单道激光宽带处理后熔凝层的残余应力

基于有限元软件SYSWELD平台,建立激光熔凝三维有限元模型,编制宽带热源的FORTRAN子程序,采用不同的工艺参数对42CrMo钢表面的单道激光宽带熔凝区的组织和残余应力进行数值计算与分析.测定了激光熔凝表层的热循环曲线,利用扫描电镜(SEM)观察熔凝区相变.结果表明,工艺参数对熔凝区残余应力分布状态影响较大,激光线能量密度(ρE)过高或过低,均影响熔凝层的表面成型质量;当激光束输出功率为3500 W,扫描速率在600~1000 mm/min时(即ρE=20.9~35.0 J/mm2),熔凝区可获得有利的残余压应力分布.42CrMo钢母材组织为铁素体 珠光体,经激光处理后,熔凝区组织转变生成的马氏体相比例高达95%以上.     

脉冲激光辐照金属材料表面瞬态温度场研究

建立了脉冲激光辐照金属材料表面的热学模型,通过拉普拉斯变换法求解了热传导方程,得出金属材料在激光辐照下加热和冷却过程瞬态温度场分布的精确解析解.基于Visual C++编程并实现界面化,实现对于具体材料激光辐照下瞬态温度场的预测和分析.并以纯铝的激光熔覆和镁合金的激光熔凝实验为例,验证了瞬态温度场的分布.结果表明,金属材料在一个脉冲时间内温度随激光辐照时间的增加而升高,辐照结束后,表面温度迅速下降,内部温度下降较慢.分析结论与相关实验结果基本吻合,证实了所建模型的合理性.该结论对其它激光表面处理过程具有一定的指导作用.     

脉冲Nd:YAG激光熔凝处理5Cr4Mo3SiMnVAl模具钢的组织特征

对回火态5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)冷作模具钢脉冲NdYAG激光熔凝处理后的熔凝区、相变硬化区及回火区的组织进行了研究.激光熔凝处理后得到六层不同的组织.对这六层组织进行了SEM观察.在用一维解析模型计算出脉冲NdYAG激光熔凝处理的温度场、温度梯度场和冷却速率场的基础上,结合快速凝固理论和固态相变理论对前五层组织的形成原因进行了讨论.     

脉冲Nd：YAG激光表面熔凝流场与热场的数值模拟

以合金相交多区域统一模型为基础，利用数值模拟方法，对脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光表面熔凝过程的非稳态温度场和熔区内的流场进行了理论分析。能量方程求解中考虑了固液相变潜热的吸收与释放；合金元素气化热损失、自然对流与辐射热损失；动量方程求解中考虑了热表面张力与浮力联合驱动流。结合实验条件计算了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢在低频脉冲熔凝情况下熔区的形状和尺寸，并与实验解剖进行了比较。结果表明，在占空比较小时，系列脉冲中每一脉冲形成的表面熔区形状和尺寸可用定点轴对称脉冲模型很好地近似。     

激光辐照Si-CCD热力效应的研究

由于光电探测器吸收激光后的温升、以及由于温升造成的各种现象,均能使探测器遭受到不同程度的损伤.丈中利用热弹性理论对氧碘激光器辐照硅材料进行研究,建立二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.