基于紅外測溫鎂合金表面激光熔凝及其溫度場數(shù)值模擬研究.pdf

1、基于輕質(zhì)高強、礦產(chǎn)資源豐富以及易于回收等一系列優(yōu)勢，鎂臺金材料已成為“陸?？仗臁苯煌ㄟ\載裝備中的重要發(fā)展材料。被譽為“21世紀綠色工程材料”。但是鎂合金耐腐蝕性及耐磨損性較差，成為制約鎂合金廣泛應用的瓶頸。因此采用表面改性技術，來提高鎂合金表面的耐磨損性能和耐腐蝕性能等綜合性能，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文采用激光熔凝技術，以A231B鎂合金為研究對象，利用3kW半導體激光加工系統(tǒng)進行激光熔凝試驗，以期提高鎂合金的耐磨損性能

2、和耐腐蝕性能；利用紅外熱像儀測量了激光熔凝過程中溫度場的分布及變化，并與ANSYS數(shù)值模擬進行了對比。利用光學顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)及電化學腐蝕設備等研究了激光工藝參數(shù)對激光熔凝層的組織及性能的影響，分別從顯微組織、物相、電化學腐蝕性能以及磨損性能等對比分析了原始鎂合金和表面改性層；并利用ANSYS對激光熔凝層的溫度場進行了數(shù)值模擬。首先，對A231B鎂合金進行了激光熔凝處理，熔凝層與基體結合良好，沒有裂紋、氣孔等缺陷。

3、分別選取改變激光功率和掃描速度這兩個參數(shù)對鎂合金進行熔凝層進行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著激光功率的增加或掃描速度的減小，熔寬和熔深都增大。熔凝層由α-Mg和β-Mg17AI12組成，且晶粒明顯比基材細化。熔凝層的耐磨損性能以及耐腐蝕性能都得到了提高，腐蝕電位正移了0.076～0.152V，腐蝕電流密度降低了一個數(shù)量級。本文采用紅外熱像儀對A231B鎂臺金半導體激光熔凝試驗過程進行了溫度場現(xiàn)場實時監(jiān)控測試，并采用了ANSYS有限元數(shù)值模擬軟件，對其

4、進行了溫度場仿真模擬。進行了對比分析，結果表明，模擬的溫度結果與試驗測試結果比較接近，完全可以用ANSYS模擬代替試驗測試。
　　 本文利用有限元中的二次開發(fā)語言APDL開發(fā)了激光熔凝過程的溫度場分析程序，實現(xiàn)了模擬過程的自動化，研究了在給定激光參數(shù)條件下的溫度場的動態(tài)變化過程以及溫度場分布，以及對熔凝層深度、寬度的影響規(guī)律。建立了適用于激光熔凝過程的激光寬帶熱源模型。并應用ANSYS11.0軟件，建立激光熔凝過程的光斑模型，考

5、慮材料熱物理性能參數(shù)與溫度的非線性關系以及邊界初始條件，分析了激光熔凝的溫度場。A231B鎂臺金板材表面激光熔凝試驗表明，寬帶熱源模型得到的熱源形狀及“平底鍋”狀熔凝區(qū)截面形貌與實際相符合，熔凝區(qū)截面尺寸和試驗測量值一致，驗證了模型的準確性和適用性。通過模擬與實驗所得數(shù)據(jù)以及圖形的比較，發(fā)現(xiàn)利用ANSYS模擬激光熔凝溫度場，能建立接近真實狀況的溫度場模型，使用寬帶熱源模型可以計算得到符合實際的光斑和焙凝區(qū)截面，獲得更合理的溫度場分布，具