【摘 要】
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激光熔覆具有能量密度高、热影响区小、冶金结合好等优点,在航空航天、船舶等镍基增材与修复领域获得广泛应用。IN718/WC陶瓷复合涂层在保留金属材料高韧性的同时兼具陶瓷颗粒的硬度与耐磨,实现优势互补。针对激光熔覆存在的裂纹、组织分布不均、元素偏析现象以及由于密度差异导致的WC分布不均问题,引入超声振动作用于激光熔覆过程,利用超声产生的空化、声流效应实现对WC颗粒分布、涂层组织及性能的改善,优化IN7
【基金项目】
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电磁/超声耦合作用下激光熔覆金属陶瓷涂层的形性协同调控机制,国家自然科学基金（项目号:51875265）
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激光熔覆具有能量密度高、热影响区小、冶金结合好等优点,在航空航天、船舶等镍基增材与修复领域获得广泛应用。IN718/WC陶瓷复合涂层在保留金属材料高韧性的同时兼具陶瓷颗粒的硬度与耐磨,实现优势互补。针对激光熔覆存在的裂纹、组织分布不均、元素偏析现象以及由于密度差异导致的WC分布不均问题,引入超声振动作用于激光熔覆过程,利用超声产生的空化、声流效应实现对WC颗粒分布、涂层组织及性能的改善,优化IN718/WC涂层的硬度及耐磨性,并达到降低涂层残余应力,预防裂纹萌生的目标。主要内容如下:（1）结合流体动力学及超声振动理论构建激光熔覆熔池WC颗粒的运动模型,分析超声振动作用下WC颗粒在熔池中的分布机理。以液态金属凝固与晶粒生长理论为基础,结合超声振动在熔池中产生的空化、声流效应,探究超声对微观组织与元素分布的影响机制。（2）设计激光熔覆正交试验,以成形系数与稀释率作为主要评判标准,进行熔覆工艺参数优化,获得激光功率、送粉率、扫描速度对涂层的影响关系。搭建超声辅助激光熔覆试验系统,开展超声振动作用下激光熔覆IN718/WC涂层相关试验,通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等仪器设备,分析超声振动对WC颗粒空间分布、物相组分、微观组织、元素分布的影响规律。使用半自动硬度测量仪、环形摩擦磨损试验机检测试样相关性能,探讨超声振动对涂层的显微硬度、耐磨性能的影响及涂层磨损机理。（3）基于ANSYS软件平台建立超声振动辅助激光熔覆有限元分析模型,模拟涂层温度场与应力场的演变过程,探究超声振动对于涂层残余应力的影响与调控机理,并使用X射线残余应力测定仪进行试验验证。对比有无超声情况下熔覆层的裂纹分布情况,明晰超声振动对涂层裂纹影响机理。
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