鋁合金表面納米顆粒增強(qiáng)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(dòng)機(jī)的葉片修復(fù)”這一熱點(diǎn)研究問題,采用激光熔覆技術(shù)對(duì)研究對(duì)象7050鋁合金表面進(jìn)行涂層制備。文中以壓片預(yù)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(qiáng)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(shì)在鋁合金表面制備出納米顆粒增強(qiáng)的Ti-Al熔覆涂層,對(duì)其形貌、組織、硬度等性能進(jìn)行研究分析,探討納米顆粒對(duì)熔覆層組織的作用機(jī)制,從而為涂層的廣泛應(yīng)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?jǐn)?shù)的納米SiC的分散行為,確定了最佳的粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％;研究納米SiC的超聲分散行為和球磨分散行為,對(duì)兩種分散方式進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)采用超聲分散方式進(jìn)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(duì)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(duì)激光熔覆高能快冷過程進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真,建立了三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)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(fù)合微米粉和單相微米粉在激光熔覆過程中的溫度場(chǎng)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(píng)價(jià)指標(biāo),分析獲得了激光功率、激光掃描速度以及光斑直徑對(duì)激光熔覆過程中的溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　(3)基于機(jī)械球磨法制備出了包

4、覆均勻的微米Ti-Al復(fù)合粉體,通過壓片預(yù)置式法將復(fù)合粉體壓制在經(jīng)過噴砂預(yù)處理的鋁合金7050待熔覆表面上。采用正交試驗(yàn)對(duì)熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,獲得了當(dāng)激光功率為1.5kW,掃描速度為150mm/min,離焦量為50mm時(shí)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(yù)處理和壓片預(yù)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(dá)到160.4HV。
　　(4)探討了納米顆粒在激

5、光熔覆過程中的作用機(jī)制,并對(duì)熔覆層組織晶粒生長(zhǎng)過程進(jìn)行了理論分析。對(duì)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(jìn)行了分析,納米顆粒增強(qiáng)的Ti-Al熔覆層的組織得到細(xì)化,且無氣孔和裂紋的產(chǎn)生,其中雙相納米顆粒增強(qiáng)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(dǎo)致其晶粒組織粗大。對(duì)納米顆粒增強(qiáng)的熔覆層的顯微硬度進(jìn)行測(cè)定和對(duì)比,納米顆粒的引入細(xì)化了晶粒提高了熔覆涂層的硬度