斜面激光熔覆粉末流场及光粉耦合机理研究

作者：褚梦雅; 练国富^*; 姚明浦; 冯美艳

来源：表面技术, 2023, 52(07): 369-383.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.034

• 激光熔覆
• 数值模拟
• 粉斑直径
• 粉末浓度
• 倾斜基体
• 响应面法

目的 扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用，弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法 采用RSM进行模拟方案设计与数据处理，通过拟合输入参数与输出之间的数学模型，探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓度和粉斑直径的影响规律。结合数值模拟和试验研究对光粉耦合机理进行分析，探究光粉平衡关系对涂层形貌的影响机理。结果 粉末颗粒速度随气流量的增加而增大；倾斜基体上最大粉末浓度随气流量的增大而降低，随送粉电压的增大而增高；倾斜基体上的粉斑直径随基体倾斜角度和气流量的增大而增大。以倾斜基体上的粉末浓度最大、倾斜基体上的粉斑直径最小为优化目标，0°、10°、20°、30°倾斜基体上最大粉末浓度模拟值与预测值的误差分别为4.34%、3.61%、5.82%、13.15%，基体上粉斑直径模拟值与预测值的误差分别为2.95%、3.22%、3.57%、4.10%，说明该模型对倾斜基体上最大粉末浓度及粉斑直径的预测精度较高。结论 气流量对粉末颗粒速度影响显著，送粉电压、气流量对基体上最大粉末浓度的影响显著，倾斜角度、倾斜角度与气流量的交互项对倾斜基体上的粉斑直径影响显著。研究结果为激光熔覆在斜面零件修复领域应用中基体的布置和工艺参数选取提供了理论指导。

• 单位
  福建工程学院