同步送粉激光熔覆沉积过程粉末颗粒与移动熔池的微观作用机制

基本信息
批准号:51401033
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张凤英
学科分类:
依托单位:长安大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:孙志平,徐义库,晁建兵,杨雪坤,王超
关键词:
熔池粉末颗粒同步送粉激光熔覆沉积
结项摘要

Synchronous powder feeding laser clad deposition is an advanced digital laser multi-layer additive manufacturing technology of the metallic parts, which can realize the direct manufacturing of the metallic components and the high-performance repair of the damaged parts. In this study, the scientific problem “interaction between the powders and the moving molten pool” was studied in the micro level, and the micro effect of the powder particles contacting the moving molten pool was discussed. Firstly, a interaction model the powder particle and the liquid-vapor interface of the molten pool was established based on the high speed photography experiment and the molten pool temperature and geometry measurement, and the effect of the liquid-vapor interface of the molten pool on the initial moving state of the powder particles was disclosed. Secondly, a mathematical model coupling the melting and moving process of the powder particles in the molten pool was developed based on the temperature field analysis and the effect of the powder particles on the flow field of the molten pool, and the moving and melting mechanism of the powder particle in the high temperature molten pool was disclosed. Finally, the capture and rebound mechanism of the solid-liquid interface on the powder particle was investigated based on the interfacial energy analysis and the mechanical analysis of collision, and the physical metallurgical processes in the moving molten pool was proved. The research will provide the theoretical support for the metallurgy quality control and the surface accuracy control.

同步送粉激光熔覆沉积是一项先进的金属零件的数字化增材制造技术,能够实现复杂结构致密金属零件的直接制造以及受损零件的高性能修复。本项目提出从微观层面针对激光熔覆沉积中的科学基础问题“粉末-移动熔池”交互作用展开研究,探讨粉末颗粒接触移动激光熔池后的微观作用过程。首先结合粉末输送过程的高速摄影实验及熔池温度、几何形状检测,建立粉末颗粒与熔池气液界面交互作用模型,揭示熔池气液界面对粉末颗粒初始运动状态的影响;基于熔池温场以及粉末颗粒对熔池液相流场的作用分析,建立粉末颗粒在熔池内熔化-运动耦合的数学模型,揭示粉末颗粒在高温熔池内的变质量运动-熔化行为;在此基础上,结合粉末颗粒与移动熔池固液界面的界面能变化及碰撞力学分析,揭示移动熔池对粉末颗粒的裹入、反弹作用机制,探明粉末颗粒在快速移动熔池内的物理冶金过程。项目的研究成果将为激光熔覆沉积的冶金质量控制以及表面精度控制提供新的思路和理论支持。

项目摘要

激光熔覆沉积技术是材料加工领域研究的热点,在航空航天、医学植入体、船舶、机械、能源、动力等领域展现出极为广阔的应用前景。粉末与移动激光熔池的微观作用机制对沉积层形成具有至关重要的影响,是该技术发展过程中亟待解决的关键科学问题之一。本项目针对粉末颗粒与移动熔池气液界面、固液界面微观交互作用过程展开研究,探讨了粉末颗粒在熔池内的运动熔化过程。首先对粉末颗粒与熔池气液界面作用过程进行解析,采用Fluent流体力学软件建立粉末颗粒与熔池气液界面交互作用的有限元模型,结合粉末颗粒与气液界面交互过程的微距高速摄影验证,揭示了粉末颗粒与熔池气液界面交互作用特性及规律,获得了粉末颗粒在进入熔池过程中,不同时刻熔池对粉末颗粒运动状态的影响以及粉末颗粒对熔池液体运动状态的影响。结合粉末颗粒与移动熔池固液界面的界面能变化及碰撞力学分析建立了粉末颗粒与熔池固液界面作用过程的解析模型,计算研究了熔池区域温度、粉末颗粒直径对粉末熔化时间的影响;建立了粉末颗粒与熔池固液界面的交互作用模型,计算了粉末颗粒与熔池固液界面交互作用下的裹入-反弹临界条件,揭示了固液界面对粉末颗粒的裹入,反弹作用机制。基于以上研究,探讨了粉末材料性质、粉末初始运动状态、送粉工艺条件等对沉积层表观质量、冶金质量的影响。在此基础上,探讨了不完全熔化粉末颗粒对合金凝固组织的影响,提出了一种包覆制备复合粉末的方法,实现了激光熔覆沉积钛合金的晶粒细化。项目研究成果具有显著的科学意义以及应用前景,为解决激光熔覆沉积中晶粒细化,进而提高合金综合力学性能奠定重要科学基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于腔内级联变频的0.63μm波段多波长激光器

基于腔内级联变频的0.63μm波段多波长激光器

DOI:10.3788/CJL201946.0801003
发表时间:2019
2

基于颗粒阻尼的变频空调压缩机管路减振设计

基于颗粒阻尼的变频空调压缩机管路减振设计

DOI:10.3969/j.issn.1004-132x.2022.18.003
发表时间:2022
3

石萆汤对弱精子症患者精子线粒体膜蛋白PHB及超微结构的影响

石萆汤对弱精子症患者精子线粒体膜蛋白PHB及超微结构的影响

DOI:
发表时间:
4

覆膜开孔条件下新疆地区潜水蒸发及水热关系研究

覆膜开孔条件下新疆地区潜水蒸发及水热关系研究

DOI:
发表时间:2013
5

山西省大气PM2.5 污染时空分布特征∗

山西省大气PM2.5 污染时空分布特征∗

DOI:
发表时间:2018

张凤英的其他基金

批准号:41401101
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41506195
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71871147
批准年份:2018
资助金额:47.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于系统动态平衡的同轴送粉激光熔覆熔池的表面形貌研究

批准号:51075134
批准年份:2010
负责人:刘继常
学科分类:E0509
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
2

中空激光光内复合送料熔覆光/粉/丝耦合、熔凝及成形基础研究

批准号:61475107
批准年份:2014
负责人:傅戈雁
学科分类:F0506
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

环形激光光内同轴送丝熔覆光丝耦合及热作用机制

批准号:61078019
批准年份:2010
负责人:傅戈雁
学科分类:F0506
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
4

激光熔池同步送进混合元素粉末的合金化机理

批准号:50871089
批准年份:2008
负责人:陈静
学科分类:E0102
资助金额:30.00
项目类别:面上项目