基于相場(chǎng)法的激光熔注涂層凝固結(jié)晶研究.pdf

1、激光熔注是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，適合于制備高耐磨、耐腐蝕和耐高溫的梯度過渡復(fù)合涂層。在激光熔注過程中，熔注層的微觀組織和增強(qiáng)顆粒的分布對(duì)熔注層的性能和壽命起到?jīng)Q定性作用。因此研究熔注層的微觀組織有利于控制材料的性能，并設(shè)計(jì)合理的工藝參數(shù)，促進(jìn)激光熔注技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。本文采用相場(chǎng)法研究激光熔注熔池凝固過程中枝晶生長(zhǎng)過程，研究對(duì)流、增強(qiáng)顆粒以及外界因素對(duì)枝晶形貌的影響，為激光熔注涂層性能的預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。
　　基于純物質(zhì)Wheeler

2、模型，通過引入濃度場(chǎng)參數(shù)建立了鎂合金相場(chǎng)模型，并結(jié)合材料的物性參數(shù)，研究了過冷度對(duì)單枝晶生長(zhǎng)的影響。依據(jù)隨機(jī)格子法原理建立了多晶粒相場(chǎng)模型，模擬了多枝晶的生長(zhǎng)過程，以及溫度梯度和冷卻速度對(duì)多枝晶生長(zhǎng)的影響，再現(xiàn)了枝晶間內(nèi)部區(qū)域的干擾作用；溫度梯度使得各個(gè)枝晶尺寸沿?zé)崃鞣较蛞来卧龃?；冷卻速度導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)速度變大，枝晶臂變得粗大且枝晶臂間出現(xiàn)合并粗化現(xiàn)象。
　　基于多晶粒相場(chǎng)模型，建立了耦合流場(chǎng)的相場(chǎng)模型，研究了對(duì)流對(duì)二元合金枝晶生長(zhǎng)

3、的影響。研究表明，熔體的流動(dòng)能夠改變枝晶的溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布，從而影響多枝晶的生長(zhǎng)。在對(duì)流作用下，枝晶上游側(cè)受到熔體的沖刷，下游側(cè)沖刷作用力弱，導(dǎo)致枝晶上游側(cè)枝晶前端的溫度邊界層薄而下游側(cè)厚，從而使得枝晶上游側(cè)實(shí)際過冷度大，枝晶生長(zhǎng)速度快；而枝晶下游側(cè)實(shí)際過冷度小，枝晶生長(zhǎng)速度緩慢，最終導(dǎo)致枝晶上游枝晶發(fā)達(dá)而下游枝晶退化。且隨著對(duì)流速度的增大，這種現(xiàn)象越明顯。
　　增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)越大，增強(qiáng)顆粒對(duì)枝晶的作用范圍大，對(duì)枝晶形貌的影響