激光熔覆由于热输入低、冷却速度极快、基材变形小、界面冶金结合良好等优点,在机械零件修复领域中得到了广泛应用。但在制备WC/IN718复合涂层时,WC陶瓷颗粒和IN718镍基合金粉末热物性差异较大,导致激光熔覆复合涂层气孔、裂纹等缺陷数量也剧增,熔覆层的裂纹敏感性增加。本文以IN718镍基高温合金为研究对象,利用超声能场诱导的空化效应、声流强化效应以及热效应对激光熔覆的熔池凝固过程、组织缺陷进行调控,改善WC/IN718复合涂层的显微硬度与耐磨损性能。论文的主要内容和成果如下:(1)根据超声学、金属快速凝固以及激光熔覆等相关理论,分析超声的空化效应、声流强化效应以及热效应对熔池凝固过程的影响机制。研究超声振动下熔池凝固过程晶粒细化的机理,探索超声空化形核增殖理论和超声枝晶破碎理论对晶粒细化的作用,阐明超声波作用下WC陶瓷颗粒在熔池中的运动机制。(2)基于多目标综合评分法,进行激光熔覆工艺参数优化,以激光功率、扫描速度、送粉率为因素,以熔覆层的稀释率和成形系数为评价指标,设计激光熔覆正交实验,获得优化工艺参数组合。利用ANSYS软件建立激光熔覆有限元分析模型,开展温度场数值模拟,验证模拟得到熔覆层稀释率和成形系数和实验结果的一致性。同时,建立不同超声振幅下超声辅助激光熔覆涂层的数值分析模型,揭示超声振幅对熔池温度场及温度梯度的影响规律。(3)自主搭建超声辅助激光熔覆装置,并开展实验研究。通过超景深三维显微镜、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪等试验设备,分析超声辅助前后激光熔覆复合涂层的显微组织及物相组成,探讨不同超声振幅下熔池中WC颗粒的分布规律。采用显微硬度仪研究不同超声振幅作用下复合涂层顶部、中部与底部区域的显微硬度变化规律。采用高温摩擦磨损仪分析超声振动对激光熔覆复合涂层高温摩擦磨损性能的影响规律,揭示超声能场对激光熔覆复合涂层组织与性能的改善机理。