激光熔覆过程中温度场对材料熔化的影响
激光熔覆过程中的温度场是决定材料熔化行为与最终成形质量的核心因素。温度场的分布特征直接影响熔池形态、熔化效率和界面结合质量，具体影响机制如下：
温度场形成与特征
高梯度温度分布：
- 激光照射区中心温度可达2500-3500°C，远高于金属熔点
- 温度梯度极大，可达到10⁴-10⁶ K/m量级
- 呈现"椭球形"或"半椭球形"分布特征
动态演变特性：
- 随激光束移动，温度场呈现"行进波"特征
- 前沿区(迎着激光移动方向)温度梯度大，后沿区(背向移动方向)温度梯度小
- 重复扫描时产生热积累效应，基体预热温度升高
温度场对材料熔化的直接影响
熔池几何形态控制：
- 温度场分布直接决定熔池的深度、宽度及形状
- 峰值温度与作用时间决定熔化深度
- 横向温度梯度影响熔池宽度与铺展行为
基材与粉末的熔化行为：
- 基材表面温度分布决定预热区范围及熔化前沿推进速度
- 粉末在飞行过程中经历预热-半熔-完全熔化过程，受温度场空间分布影响
- 温度场分布不均导致粉末熔化不充分或过度汽化
熔化-凝固界面移动：
- 液固相变界面位置由等温面(熔点温度)决定
- 温度梯度方向控制凝固方向，影响晶体生长取向
- 冷却速率(温度变化率)决定微观组织形态
温度场对熔化质量的影响机制
界面冶金结合：
- 基材表面温度需超过熔点但低于沸点，才能形成良好冶金结合
- 温度场影响界面处原子扩散能力，决定结合强度
- 适宜的热输入使界面处形成适度的稀释区，增强结合性能
缺陷形成机制：
- 温度场不均匀导致热应力集中，可能引起热裂纹
- 局部过热区域产生金属蒸汽反冲压力，形成匙孔或气孔
- 温度梯度过大导致凝固收缩应力，形成缩松或显微裂纹
熔池稳定性：
- 温度分布影响表面张力梯度，驱动Marangoni对流
- 温度场分布不均导致熔池流动不稳定，影响成形表面质量
- 临界温度区域控制熔池边缘铺展行为，影响涂层轮廓
工艺参数对温度场的调控作用
- 激光功率：提高功率增加峰值温度和熔池尺寸，但过大会导致金属汽化
- 扫描速度：高速扫描减小热输入，降低熔深，但影响粉末充分熔化
- 光斑尺寸：影响能量密度分布，决定温度场横向与纵向梯度比例
- 送粉参数：粉末流量与温度场相互作用，影响熔池热平衡
通过数值模拟(如有限元分析)可预测温度场分布，优化工艺参数，实现对熔化过程的精准控制。理想的温度场应保证基材适度熔化、粉末充分熔融、界面良好结合，同时避免过热区域，从而获得高质量的熔覆层。