图4 粉末颗粒流的轨迹、温度和速度分布 。
温度传感器可以监测固定点温度、熔池的温度分布和熔池周围的温度分布 。 热历史与熔覆层中微观结构的生长有直接关系 。 Gopinath等人使用红外高温计监测熔池的热历史 ， 并研究熔池寿命、冷却速率、熔覆层的微观结构和润湿性 。 从红外高温计获得的原位合成inconel718/TiC复合涂层上熔池的热历史曲线 ， 可以识别固化架的位置 ， 从而可以在线识别过度稀释率 。 熔池中TiC颗粒凝固框架斜率的变化是在线评估不同工艺参数下TiC颗粒状态的有效指标 。 图5是在1200 W激光功率和200 mm/min扫描速度下记录的典型热循环 。 该热循环决定了不同相的形成和涂层/部件的机械性能 。 同时 ， 熔池的寿命和WC与金属基体之间良好润湿性的冷却速率可由热历史确定 。
图5 在1200 W激光功率和200 mm/min扫描速度下 ， Inconel 718+TiC的LC期间记录的典型热循环 。
液晶的物理和化学变化极其复杂 ， 因此仅靠上述三种监测信号进行自适应控制是不够的 。 需要使用更先进的传感器和监测设备直接监测间隙、热应力、稀释率和其他指标 。
2.4. 工艺参数优化
在LC过程中 ， 熔覆层的稀释度、纵横比、微观结构和力学性能与激光功率、扫描速率、送粉速率、扫描方法、散焦量和其他工艺参数密切相关 。 为了获得组织精细、成分均匀、力学性能良好的熔覆层 ， 许多学者从不同角度对工艺参数进行了分析 。
熔覆速度v和透镜喷嘴与表面熔覆距离L对熔覆轨道尺寸的影响 。
上图可以观察到高度H和宽度B值与包层条件的关系 。 将喷嘴与沉积表面之间的距离增加1.4倍 ， 轨迹宽度减小1.1倍/1.2倍 ， 其高度减小1.7倍/2.6倍 。 这是因为当喷嘴/工件距离减小时 ， 激光束会发生一些散焦 ， 表面加热增加；然而 ， 它的温度较低 。 这解释了单轨尺寸的减少 。 另一方面 ， 激光光斑的速度增加了3倍 ， 轨道的宽度减小了1.15倍/1.3倍 ， 轨道的高度减小了2倍/2.9倍 。 这种变化可以通过沉积材料体积在较长长度上的分布来解释 。
适当的激光功率将减少裂纹、空洞 ， 并产生质量和性能良好的熔覆层 。 高激光功率导致熔覆层开裂和变形 ， 当激光功率太小时 ， 粉末不会完全熔化 ， 并导致局部起球和空洞 。 Song等人分析了激光功率对涂层宏观形貌和微观结构的影响 ， 结果如图6所示 。 可以发现 ， 随着激光功率的增加 ， 熔覆层的高度、宽度和穿透力都会增加 。 大多数裂纹从热影响区开始 ， 沿垂直于接头表面的方向一直延伸到覆层表面 。 随着激光功率的增加 ， 熔覆层底部分别出现柱状枝晶、少量等轴晶、均匀柱状枝晶和晶粒生长 。 这是因为随着功率的增加 ， 冷却速率逐渐降低 ， 晶粒尺寸与其呈负相关 。 随着激光功率的降低 ， 微结构也变得更细 。 除了激光功率外 ， 扫描速度对熔覆层的形成也起着重要作用 。
图6 不同激光功率的K403高温合金涂层的横截面 。
影响熔覆层表面形貌和内部微观结构的工艺参数通常不是单一的 ， 它们往往相互作用并相互影响 。 所以 ， 通过各种优化算法和经验公式来获得最佳工艺参数的组合非常重要 。 选择激光功率、扫描速度和送粉速度作为要优化的工艺参数 ， 熔覆高度和稀释率是优化的响应目标 。 找到了能够实现最大熔化宽度、最小熔化高度和适当稀释率的最佳工艺参数组合 。 通过实验验证了优化后的参数组合 ， 灰色关联值提高了0.1533282 。 Wu等人研究了LC-NiCrBSi合金涂层的孔隙率和裂纹 ， 结果表明 ， 线性能量密度可用于确定消除大孔隙率的阈值 。
采用响应面法获得了孔隙率最小的激光功率、扫描速度和送粉速率等工艺参数 。 通过在基板下方放置预热至300°C的绝缘层 ， 可以有效消除裂纹 。 然而 ， 在最佳工艺参数下 ， 熔覆层中仍然存在少量气孔 。 因此 ， 通过优化LC设备有望进一步减少气孔缺陷 。 建立工艺参数与熔覆层熔化高度、熔透深度和稀释率之间的经验公式 ， 可以大大减少优化实验的次数 ， 显著提高熔覆质量和效率 。 Bax等人提出了一种基于Inconel 718单包层的LC工艺参数图的系统评估方法 。 不仅得到了激光功率、扫描速度、送粉速率与熔覆层宽度、高度、面积之间的半经验关系 ， 而且建立了工艺参数与粉末利用率之间的工艺参数图 。 但是 ， 它仅适用于单轨 ， 因此应进一步加强对多轨的研究 。 Reddy等人通过LC非晶态Fe-Cr-B合金的单轨优化实验 ， 建立了粉末沉积效率、稀释度、孔隙率和工艺参数之间的模型 ， 并通过实验进行了验证 。
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