第十四届全国表面工程大会

409 / 2022-10-10 13:57:21

超高速激光熔覆TaNbZrTi难熔高熵涂层熔池凝固特性模拟

超高速激光熔覆；难熔高熵合金；熔池模拟；动态凝固

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难熔高熵合金（RHEAs）具有优异的高温力学性能是理想的耐高温材料，制备困难是限制其应用的主要原因。超高速激光熔覆（EHLC）具有热输入量小、界面应力小的优势适用于高熔点、高脆性RHEAs涂层的制备，然而关于EHLC工艺的研究缺少理论指导，传统的热源模型不适用于EHLC。本文基于EHLC的特点，改进了激光-熔融金属复合热源模型，建立了适用于EHLC管状基体表面熔池温度场模型，对比了常规、高速、超高速激光熔覆熔池温度场及凝固特性的差异。结果表明：LC、HLC和EHLC熔覆效率分别为42.77mm²/s，98.96mm²/s和179.52mm²/s，熔覆单位面积基体热积累分别为0.46℃/mm²，0.41℃/mm²和0.39℃/mm²，熔覆层稀释率分别为24.6%、4.3%和<1%。熔池顶部冷却速率高于底部，冷却速率越大晶粒尺寸越小，LC、HLC和EHLC熔池顶部到底部的最大冷却速率差异分别为23.4%、17.9%和66.9%；随着扫描速度增大，熔池冷却速率显著增加，超高速激光熔覆具有更致密的晶粒结构。熔池凝固前沿与激光扫描方向的夹角从熔池顶部到底部逐渐减小，在熔池凝固过程中，金属溶液附着于熔池底部形核并稳定生长，随着G/R快速减小，凝固界面转变为非平衡态，出现平面晶→胞状晶→树枝晶→等轴晶的转变。