超聲波激光熔覆振動(dòng)平臺

     激光熔覆技術(shù)，經(jīng)常作為直接能量沉積技術(shù)，在最近，在世界范圍內成為一個(gè)比較活躍的研究領(lǐng)域，這是因為該技術(shù)所具有的制備和修復以及強化的能力。在不同的激光熔覆當中，激光熔覆鎳基高溫合金，如航空發(fā)動(dòng)機中的葉輪葉片就是一個(gè)特別引人矚目的研究領(lǐng)域。鎳基高溫合金廣泛的應用在制備飛機發(fā)動(dòng)機的渦輪葉片，渦輪盤(pán)和燃燒室等，這是因為該合金所具有的高溫強度，疲勞性能和抗氧化和耐熱腐蝕性能。然而，在激光熔覆鎳基高溫合金的時(shí)候也面臨著(zhù)巨大的挑戰，這是因為合金內部所存在的顯微組織的不均勻和較高的氣孔率等問(wèn)題。為了克服這一挑戰，在近年來(lái)，超聲波振動(dòng)技術(shù)被引入進(jìn)來(lái)作為一種輔助的技術(shù)來(lái)進(jìn)行鎳基合金的激光熔覆，可以提高其內部的顯微組織和機械性能（顯微硬度和摩擦性能）和減少沉積過(guò)程中所形成的缺陷。

     激光熔覆在金屬部件成形和制備涂層以及修復等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。然而，隨之而來(lái)的是，其顯微組織中的內部缺陷和機械性能較差等問(wèn)題，尚需要進(jìn)一步的開(kāi)展研究。采用超聲波輔助加工的辦法進(jìn)行激光熔覆來(lái)提高熔覆部件的性能。基于超聲波的聲化和空化效應對金屬凝固過(guò)程中所起的作用，振動(dòng)參數對熔池金屬的過(guò)冷度和孕育速率進(jìn)行了研究。實(shí)驗結果證實(shí)，在應用超聲波之后，晶粒尺寸比僅僅采用激光熔覆時(shí)所得到的結果要明顯的細化。當超聲振動(dòng)幅度為25 μm的時(shí)候，其晶粒尺寸可細化的程度是沒(méi)有采取振動(dòng)的0.522 倍。析出相的結構和化學(xué)成分得到了顯著(zhù)的改變。此外，高頻率振動(dòng)對熔覆層的機械性能的影響也通過(guò)對比實(shí)驗進(jìn)行了分析。結果表明，應用高頻率振動(dòng)可以有效的減少氣孔，同時(shí)提高部件的顯微硬度和摩擦性能。定量的來(lái)說(shuō)，摩擦系數在采用超聲振動(dòng)且幅度為25 μm的時(shí)候，為0.628，而在沒(méi)有超聲振動(dòng)的時(shí)候為0.709。

   超聲波，作為一種能量波，會(huì )產(chǎn)生聲化和空化效應，作為輔助激光熔覆的工藝，可以通過(guò)改變熔體金屬的過(guò)冷和孕育速率而影響熔體的結晶。超聲振動(dòng)在提高金屬的凝固組織和液態(tài)金屬的凝固過(guò)程等方面具有強烈的優(yōu)勢。Komarov等人注意到在超聲振動(dòng)的時(shí)候，超聲的空化和聲化效應對液態(tài)金屬的結晶和凝固過(guò)程的影響。由于這些效應的作用，高頻振動(dòng)可以實(shí)現細化顯微組織，減少氣孔和提高元素成分的均勻性。Cong和Ning 等人實(shí)施了一系列的關(guān)于超聲輔助激光熔覆的實(shí)驗，結果顯示晶粒尺寸隨著(zhù)超聲頻率的增加而下滑。此外，界面之間的結合變得更加平滑。在近年來(lái)，一些研究表明晶粒尺寸的減少是孕育過(guò)程中驅動(dòng)力的作用造成的。

     在超聲輔助激光熔覆的過(guò)程中，聲壓隨著(zhù)超聲波的施加而周期性的變化。基于聲壓的變化，過(guò)冷度的程度和孕育速率隨著(zhù)超聲波的震動(dòng)幅度和頻率的增加而增加。同沒(méi)有施加超聲振動(dòng)的激光熔覆相比較，柱狀晶主要集中在熔覆層的底部。熔覆層的中間和頂部隨著(zhù)超聲波的施加變成了等軸晶。隨著(zhù)振動(dòng)幅度的增加，晶粒尺寸得到了顯著(zhù)的細化，Laves相的數量和成分（Nb和Mo）降低。

    此外，由于晶粒的細化使得顯微硬度得到提高，Laves相的數量和氣孔隨著(zhù)超聲波的施加而變少。在超聲波振動(dòng)幅度為25μm的時(shí)候，顯微硬度達到最大值，為215HV。此外，在涂層頂部的顯微硬度比底部的要大。其主要原因是柱狀晶主要集中在底部，而中間和頂部主要為等軸晶。至于熱影響區，可以發(fā)現顯微硬度隨著(zhù)振動(dòng)幅度的增加而逐漸增加。然而，激光功率和掃描速度對顯微組織，顯微硬度和熱影響區的影響非常不明顯。