不锈钢表面超声振动辅助激光熔覆高熵合金涂层的数值模拟与实验

摘要

为了细化涂层组织，减少气孔缺陷，本文以P550不锈钢为基材，采用超声振动辅助激光熔覆技术制备CoCrFeNiMn高熵合金涂层，调控涂层组织。利用COMSOL Multiphysics平台建立声-热-流相变多物理场耦合的激光熔覆数学模型，模拟超声作用下熔池的流动行为、温度分布及凝固过程。CoCrFeNiMn高熵合金为熔覆材料，通过JmatPro软件获取材料热物性参数，选用高斯热源和超声压力边界条件，对超声振动辅助激光熔覆高熵合金涂层形成过程进行数值计算。数值模拟与实验在熔覆层宽度、高度、深度和稀释率等方面吻合良好，验证了模型的可靠性。实验结果表明，超声振动通过空化效应和声流效应显著促进熔体对流、打破枝晶生长、促进非均匀形核，使熔覆层组织由粗大柱状枝晶转变为细小等轴晶、气孔减少、致密度提高。

关键词

超声振动 / 激光熔覆 / 热流耦合模拟 / 微观组织 / 高熵合金

基金资助

辽宁省教育厅高校基本科研项目（理工科）（2024005）; 辽宁科技大学高层次人才基金资助项目（6003000377）