雙光束熔覆Al2O3溫度場模擬及其光學系統(tǒng)設計.pdf

1、隨著工業(yè)技術發(fā)展，傳統(tǒng)材料很難滿足極端工況下的使用要求，但高性能材料零件制造難度很大，因此工件表面高性能涂層制備技術對促進工業(yè)技術快速發(fā)展具有重要意義，而激光熔覆技術在制備高性能涂層方面具有極大的發(fā)展?jié)摿Αl2O3陶瓷具有熔點高、硬度高及強度高的特點，目前已廣泛應用于航空航天等特種領域，在零件表面制備Al2O3陶瓷涂層能大幅提升零件的硬度、耐磨性及耐腐蝕性。但Al2O3陶瓷脆性大，抗熱沖擊能力差，利用激光熔覆技術制備Al2O3陶瓷涂層

2、過程中，涂層溫度梯度過大導致熱應力過大，易使涂層出現(xiàn)裂紋。因此降低熔覆過程溫度梯度對制備高質量Al2O3陶瓷涂層具有重要意義。
　　本文以降低熔覆過程溫度梯度為目標，提出了基于預熱緩冷作用的雙光束熔覆技術，在加工光束（主光束）熔覆Al2O3陶瓷涂層過程中，同步施加一束輔助光束，實現(xiàn)對熔覆過程的預熱緩冷。利用ANSYS軟件建立雙光束熔覆Al2O3單道陶瓷涂層溫度場有限元模型，分析雙光束熔覆過程溫度場分布規(guī)律，研究雙光束熔覆對溫度及溫

3、度梯度的影響，明確輔助光束整形方法，優(yōu)化輔助光束能量分布，并設計滿足系統(tǒng)要求的輔助光束光學系統(tǒng)。研究內容包括：⑴根據(jù)雙光束熔覆系統(tǒng)要求，分析了不同激光束整形技術特點，確定了輔助光束整形方法;通過對常用平頂輔助光束能量分布數(shù)學模型進行分析，明確了輔助光束能量分布規(guī)律；⑵建立了雙光束熔覆Al2O3單道陶瓷涂層溫度場有限元模型，分析了溫度場分布規(guī)律，證實了雙光束在涂層熔覆過程中預熱緩冷作用;研究了輔助光束功率密度、光斑大小及能量分布對溫度梯度