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铝(Al)是机械行业仅次于钢铁的用量最大的金属材料,而铝金属构件的失效多发生于表面或始于表面,因此铝金属构件的表面性能成为决定其整体服役行为的关键因素。纳米颗粒增强金属基复合涂层既有金属良好的塑性、韧性,又具备陶瓷的高硬度、耐高温等优点,展现出广泛的工程应用前景。为了解决激光熔覆制备纳米涂层中纳米颗粒大量熔化而导致涂层中纳米颗粒强化作用下降的问题,本论文提出采用激光微熔的方法制备纳米颗粒增强金属基复合层,拟通过有限元分析软件ANSYS和FLUENT模拟工业纯铝表面激光微熔纳米SiC颗粒的温度场、流场及纳米颗粒在整个激光微熔过程中的微观动态运动过程,同时进行相关的激光微熔实验研究,主要结果如下:(1)模拟了不同激光工艺参数下工业纯铝表面激光微熔纳米SiC颗粒的温度场,并且选出合适的激光工艺参数。结果表明,脉冲激光微熔纳米SiC颗粒温度场的等温线呈圆形分布,未出现连续激光加工中的尾托现象;激光作用下,材料表面温度呈现急热骤冷的特点;熔池极值温度、熔宽和熔深均随着单脉冲激光能量的增加、频率的增大而增加;选择激光能量0.6 J、脉宽10 ns、频率1Hz、光斑直径1 mm、扫描速度2 mm/s作为后续流场仿真的激光工艺参数。(2)研究了激光微熔过程中流场及纳米SiC颗粒在熔池中的动态运动过程。在脉冲激光的作用下,熔池熔合线处产生向内旋转的Marangoni涡流;熔池的横截面上形成两个对称的漩涡;熔池径向向外产生两个大小不一的漩涡,其中心前部的涡流较强;上表面的流体由熔池中心流向四周;建立了高温SiC颗粒与基体的动态结合可视化模型,进行了合理的机理描述。(3)开展了不同激光能量下工业纯铝表面激光微熔纳米SiC颗粒的实验研究。结果显示,工业纯铝表面SiC衍射峰的强度随着能量的提高明显增强,实现了激光微熔固态颗粒嵌入基体的良好效果;表面硬度随着激光能量的提高而增加,在0.6 J时显微硬度高达163 HV;随着激光能量的提高,纳米颗粒团聚现象明显减少,表层中的纳米SiC颗粒更加均匀地分布在基体中。