感应钎涂中涂层与基体的热耦合效应

摘要

目的研究钎涂中涂层感应热和基体感应热对基体温度场的耦合效应。方法建立二维有限元模型,研究涂层制备全周期热载荷作用下涂层与基体的温度场变化规律,揭示涂层与基体感应热对基体热影响的耦合作用机制。以钛合金表面感应重熔钛基合金涂层为例,研究涂层和基体感应热耦合作用对基体的热影响,同时,对比研究涂层和基体感应热单独作用对基体的热影响。结果在涂层感应热和基体感应热共同作用下,发现了熔化界面从涂层表面和涂层/基体界面向涂层内部双向推移的现象,基体感应热对涂层熔化具有反向热输入作用。在本研究条件下,表面开始熔化后,经历0.38 s可以实现涂层熔透。结论两个单因素的作用并非简单叠加,共同作用下基体最高温度低于单因素作用之和,但基体最大相变深度和相变时间均高于单因素作用之和,涂层感应热与基体感应热存在耦合效应。在基体感应热使得基体具有高界面温度(但低于相变温度)的基础上,温度更高的涂层,通过进一步提高基体表层的最高温度,使得基体发生相变。