7050铝合金表面Al/Ti激光熔覆层制备及仿真研究

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本文以Al/Ti/Cu熔覆涂层为切入点,研究纳米Ti C颗粒的分散、熔覆试样制备、熔覆过程仿真以及熔覆层组织和显微硬度,选题具有重要的应用前景。本文主要开展的研究内容如下:(1)通过考察纳米Ti C颗粒在去离子水、1:1醇水混合溶液以及乙醇中的分散行为确定其分散介质;结合Fluent球磨分散仿真分析,优化其球磨分散工艺参数;研究了超声分散、球磨分散、先超声后球磨分散以及先球磨后超声分散对纳米Ti C在去离子水悬浮液中分散率的影响,得到先球磨后超声的分散为其最佳分散方式。(2)基于激光熔覆技术,在7050铝合金表面,利用CO2激光器,通过正交实验对Al/Ti混合粉体原子比为1?1激光熔覆过程中的工艺参数进行优化分析,获得当激光功率为1.5k W,扫描速度为150mm/min,离焦量为50mm时熔覆层质量较优;并利用光纤激光器,对于不同熔覆材料试样进行工艺参数初步优化,确定其较佳工艺参数:激光功率为2.0k W,扫描速度为600mm/min,离焦量为15mm。(3)建立Al/Ti激光熔覆过程的三维瞬态温度场有限元模型,模拟分析激光扫描速度、激光功率对于光斑中心最高温度以及基材区域熔池面积的影响规律;模拟了离焦量变化对于熔池大小、温度梯度、冷却速度以及形状控制因子的影响,得到实验验证。(4)通过SEM、EDS、XRD以及显微硬度计对Al/Ti混合粉体原子比分别为1:3、1:1以及3:1得到的熔覆层进行研究,结果表明:Al/Ti混合粉体原子比为1:1时的熔覆层组织及显微硬度改善较好;在Cu粉添加量为10wt%时,得到的Al/Ti/Cu熔覆涂层的组织及性能改善要优于Al/Ti熔覆涂层;添加纳米Ti C颗粒后的熔覆层改善效果不明显。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
注释表第13-14页
第一章 绪论第14-21页
    1.1 引言第14页
    1.2 7050 铝合金第14页
    1.3 激光熔覆技术第14-15页
    1.4 铝合金表面激光熔覆研究第15-16页
    1.5 激光熔覆仿真研究第16页
    1.6 Al/Ti复合涂层制备第16-17页
    1.7 Cu粉作为熔覆材料的研究第17页
    1.8 TiC增强的熔覆涂层研究第17-18页
    1.9 课题研究的意义、内容以及技术方案第18-21页
        1.9.1 研究意义第18页
        1.9.2 研究内容及技术方案第18-21页
第二章 纳米TiC悬浮液的分散研究第21-31页
    2.1 引言第21页
    2.2 纳米TiC的超声分散行为第21-23页
        2.2.1 实验设备与材料第21页
        2.2.2 实验过程第21-23页
    2.3 纳米TiC的球磨分散行为第23-29页
        2.3.1 球磨实验材料与仪器第23-24页
        2.3.2 球磨仿真分析第24-27页
        2.3.3 球磨实验方法第27-29页
    2.4 本章小结第29-31页
第三章 7050铝合金表面熔覆涂层制备研究第31-43页
    3.1 引言第31页
    3.2 实验第31-33页
        3.2.1 实验材料第31-33页
        3.2.2 实验方法第33页
    3.3 工艺参数的优化分析第33-42页
        3.3.1 激光工艺参数分析第33-34页
        3.3.2 CO_2激光器熔覆工艺参数优化第34-36页
        3.3.3 光纤激光器熔覆工艺参数优化第36-42页
        3.3.4 不同激光器工艺参数优化后试样分析第42页
    3.4 本章小结第42-43页
第四章 7050铝合金表面Al/Ti熔覆过程数值仿真研究第43-55页
    4.1 引言第43页
    4.2 激光熔覆模型建立第43-45页
        4.2.1 激光熔覆过程分析第43-44页
        4.2.2 有限元网格划分第44页
        4.2.3 激光熔覆热分析第44-45页
    4.3 不同激光功率下的仿真研究第45-46页
    4.4 不同扫描速度下的仿真研究第46-47页
    4.5 不同离焦量下的仿真研究第47-54页
        4.5.1 温度分布第47-48页
        4.5.2 熔池三维形状与大小第48-50页
        4.5.3 温度梯度第50页
        4.5.4 冷却速度第50-53页
        4.5.5 形状控制因子第53-54页
    4.6 本章小结第54-55页
第五章 熔覆涂层的组织及显微硬度研究第55-70页
    5.1 引言第55页
    5.2 实验第55页
    5.3 不同原子比例的Al/Ti熔覆涂层第55-61页
        5.3.1 熔覆层的显微组织和成分第55-59页
        5.3.2 熔覆层的显微硬度第59-61页
    5.4 Cu增强的Al/Ti熔覆涂层第61-63页
        5.4.1 熔覆层的微观形貌第61页
        5.4.2 熔覆层的显微硬度第61-63页
    5.5 添加Cu粉前后Al/Ti原子比 1:1 熔覆涂层第63-66页
        5.5.1 熔覆层的显微组织和成分第63-66页
        5.5.2 熔覆层的显微硬度第66页
    5.6 不同含量纳米TiC的Al/Ti熔覆涂层第66-67页
        5.6.1 熔覆层的微观形貌第66-67页
        5.6.2 熔覆层的显微硬度第67页
    5.7 不同含量纳米TiC的Al/Ti/Cu熔覆涂层第67-68页
        5.7.1 熔覆层的微观形貌第67-68页
        5.7.2 熔覆层的显微硬度第68页
    5.8 本章小结第68-70页
第六章 总结与展望第70-72页
    6.1 全文总结第70-71页
    6.2 后续研究展望第71-72页
参考文献第72-78页
致谢第78-79页
攻读硕士学位期间的研究成果第79页
    学术论文第79页
    科研项目第79页
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