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超声辅助激光熔注技术是制备高性能复合涂层的理想方法之一，在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用前景。涂层微观结构对其服役性能起决定作用，因此研究超声辅助激光熔注复合涂层微观结构具有重要意义。本文采用元胞自动机法研究了激光熔注复合涂层的晶粒生长，分析了增强颗粒、非均匀温度场以及超声振动对复合涂层晶粒生长的影响。基于晶界能和曲率驱动机制的晶粒生长理论，建立了单相材料及两相材料晶粒生长元胞自动机模型，分析了增强相SiC颗粒对316L不锈钢复合涂层和AZ91D基板晶粒生长的影响，研究了超声辅助激光熔注复合涂层微观结构的演变机制，并对其进行了实验验证。得出以下结论：（1）316L晶粒生长指数为0.34，随SiC含量增大和尺寸减小，涂层晶粒尺寸减小；随着熔池深度变化，熔池温度呈指数函数变化，晶粒尺寸逐渐增大。在非均匀温度场下，随SiC颗粒含量增加，其对晶界的钉扎效果逐渐增强；随着SiC颗粒尺寸减小，钉扎效果增强，但是，当SiC颗粒尺寸小于10μm时，晶粒细化机制由晶界钉扎转变为异质形核。（2）随着SiC颗粒加入，镁合金基板的晶粒生长速率变缓，晶粒尺寸变小且均匀；随着SiC尺寸减小，其对基板组织的钉扎效果增强，基板晶粒越细小，组织越均匀，Mg17Al12相越易固溶于α-Mg基体中。（3）随着超声振幅的增大，涂层熔体形核率增大，晶粒尺寸变小，组织越均匀。当振幅为10μm时，超声振动作用下熔体的过冷度为32.23K，形核率为未施加超声振动时的279倍，晶粒细化明显。在超声辅助激光熔注SiC-316L实验中，涂层中SiC颗粒含量越大，涂层晶粒越细小，组织越均匀；SiC颗粒尺寸越小，其对涂层组织的钉扎效果越好，施加超声后的316L涂层组织柱状枝晶更少，晶粒更细小，模拟结果与实验结果吻合。