粉末特性对同轴激光熔覆粉末流场的关键影响及规律探索

粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律是一个关键的研究领域，特别是在提升熔覆过程中的精度和效率方面。同轴送粉激光熔覆是一种利用激光束和送粉系统共同作用在工件表面进行材料添加并熔化的先进技术。在这个过程中，粉末流场的特性直接影响到熔覆层的质量，如熔深、熔宽和表面粗糙度等。 本研究首先构建了一个数值模型，以NiCoCrAlY、ZrO2和W这三种典型粉末作为研究对象，模拟了它们在激光熔覆过程中的粉末流行为。这些粉末的选择代表了不同的物理性质，如熔点、热导率和形状等因素。通过数值模拟，研究人员得以观察和分析不同粉末特性对粉末流形貌的影响，验证了模型的准确性和可靠性。 研究发现，粉末粒径对粉末流场有显著影响。当粉末粒径增大时，粉末的汇聚距离通常会减小，这是因为大颗粒更易于受到激光束的影响而加速，从而更快地汇聚。然而，汇聚浓度并非无限增长，而是在一定的粒径范围内达到最大值，因为过大的粒径可能导致粉末在高温下的不稳定和非均匀分布。 粉末形状系数（表示粉末形状对表面积的影响）和密度的变化也会影响粉末流场。较高的形状系数或密度会导致粉末更紧密地堆积，从而减小汇聚距离并提高汇聚浓度。这有助于形成更致密的熔覆层。 此外，粉末的碰撞弹性恢复系数，即粉末在相互碰撞后的弹回能力，也对粉末流汇聚有影响。恢复系数越低，粉末的流动性越好，汇聚距离和浓度可能会增加。这可能是因为低恢复系数的粉末更容易形成连续的流动，而非散乱的团块。 这项研究揭示了粉末性质对粉末流场的动态影响机制，这对于优化同轴送粉激光熔覆的工艺参数和提升熔覆质量具有重要的理论指导意义。通过调整粉末的粒径、形状、密度和碰撞弹性恢复系数，可以实现对粉末流的有效控制，从而实现高效、高质量的激光熔覆过程。