激光熔覆过程中的物理和化学变化
激光熔覆是一种高能量密度加工技术，在这一过程中，材料经历了一系列复杂的物理和化学变化：
物理变化
- 热力学过程：激光束照射基材表面产生局部高温(可达1500-3000°C)，形成梯度温度场，热量通过热传导向基材内部扩散
- 相变行为：
- 固-液相变：基材表层和添加粉末同时熔化
- 液-固相变：熔池快速凝固(冷却速率可达10³-10⁶ K/s)
- 熔池流体动力学：
- 表面张力驱动的Marangoni对流
- 激光冲击压力引起的熔池流动
- 重力作用下的熔体铺展
- 热应力演变：不均匀加热/冷却导致热膨胀差异，形成微观与宏观残余应力
- 微观组织演变：快速凝固导致晶粒细化、亚结构形成，甚至产生非平衡组织
化学变化
- 元素扩散：
- 基材与熔覆材料界面处的互扩散
- 熔池内部的对流混合与成分均匀化
- 界面化学反应：
- 基材与熔覆材料间形成新相或中间化合物
- 界面处的扩散反应层形成
- 冶金反应：
- 高温下金属与保护气体/环境的反应
- 夹杂物形成与上浮过程
- 溶解气体(如O₂、N₂、H₂)的行为变化
- 氧化还原过程：在保护不足区域，金属元素与残余氧气发生氧化反应
- 偏析现象：凝固过程中溶质元素重新分布，导致微观偏析
激光熔覆的最终性能取决于这些物理化学变化的综合效果，通过精确控制工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉率、保护气体等)，可以优化熔覆层的组织结构与性能。