【南京航空航天大学&苏州大学】激光内送粉熔覆沉积 K4002 镍基高温合金表面 Inconel 625 涂层:工艺与多物理场模拟研究

长三角G60激光联盟导读

针对难焊接镍基高温合金铸件缺陷修复难题，本文提出激光内送粉熔覆沉积（IMF‑LCD）新技术，结合实验与多物理场热流耦合模拟，系统揭示工艺‑形貌‑组织‑性能关联机制，为航空发动机热端部件高质修复提供理论与技术支撑。

摘要

本文采用激光内送粉熔覆沉积（IMF‑LCD） 技术，在 K4002 镍基高温合金基体上制备 Inconel 625 熔覆层，通过正交实验研究激光功率、扫描速度、送粉量、离焦量等关键工艺参数对熔覆层形貌与组织特征的影响，并建立三维瞬态热流耦合模型，揭示熔池内部热流行为及其对凝固组织的作用规律。结果表明：工艺参数对不同形貌指标的主次影响规律存在差异，成形系数受参数交互作用显著；模拟得到的温度场与熔覆层形貌与实验高度吻合；空心环形热源驱动的双涡旋马兰戈尼效应对熔池液相流动起主导作用，形成波浪状熔合线与温度集中区；基体与熔覆层实现良好冶金结合，熔合区无可见裂纹；从基体到熔覆层顶部依次呈现平面晶、柱状晶、等轴晶组织；基体显微硬度最高，热影响区呈由熔覆层向基体逐渐升高的过渡特征。

1. 工艺参数对熔覆层各形貌指标的主次影响规律不同：激光功率对熔覆层高度无显著影响；离焦量与送粉量分别是影响熔覆层宽度与稀释率的最关键因素；激光功率与离焦量的交互作用对成形系数影响显著。
2. 建立耦合激光能量输入、质量添加与熔池流动的多相流数值模型，计算得到的熔覆层几何轮廓与实验尺寸吻合，验证了模型可靠性。
3. IMF‑LCD 过程中，马兰戈尼效应主导熔池液相流动，使熔覆层呈椭圆形、温度分布更集中；熔池体积、峰值温度与流速受激光线能量与送粉量共同调控，过高能量密度不利于熔覆层稀释率控制。
4. 熔覆层凝固组织由温度梯度（G） 与生长速率（R） 共同决定，沿深度方向依次形成平面晶、柱状晶、等轴晶梯度组织，实验结果与模拟预测一致。
5. 熔覆层、热影响区、基体显微硬度呈梯度分布：熔覆层因固溶元素偏析、无 γ' 强化相硬度最低；热影响区因 γ' 相部分固溶硬度渐变；基体因含 γ' 强化相硬度最高。

欢迎关注·扫码加群

关注+转发

你的关注、点赞、转发，是我们最大的动力

欢迎投稿，如有侵权，请及时联系

文章原文阅读：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.115362