表面纳米复合涂层是目前表面工程科学研究的前沿热点问题,利用压片预置式激光熔覆能够制备出冶金结合良好、无气孔、无裂纹的纳米复合涂层。本文研究压片预置式激光熔覆纳米复合涂层的制备工艺,解决了微纳米粉体配比的确定、纳米颗粒的分散、待熔覆样件的制备和激光熔覆工艺参数的选择等问题,同时利用有限元技术深入研究激光熔覆过程中熔池对流、熔池面积的变化、固液界面的移动以及凝固组织形成机制。本文从以下几方面进行了详细的分析和讨论。1.提出填充系数以改进经典的微纳米粉体配比公式。利用行星式球磨机在1:1的醇水体系中分散纳米氧化铈颗粒,以稳定性作为分散效果,以沉淀率及其变化量作为分散效果的评价指标,讨论球磨时间、球料比、球磨机转速和纳米颗粒的理论质量分数等工艺参数对分散稳定性的影响。介绍利用压片机压制粉末压片和待熔覆样件制备的过程。改进能量利用率的计算公式,从能量利用率角度来选择激光工艺参数。2.对于压片预置式激光熔覆的仿真,其仿真难点在于熔化前后材料属性的变化、熔覆材料由于熔化收缩而导致厚度的减小、以及粉末压片与基材的接触形式由非冶金接触转变成冶金化的结合。本文利用ANSYS模拟压片预置式激光熔覆的温度场,在仿真中动态地实现熔化前后材料属性的变化、熔覆材料厚度的改变和粉末压片与基材间接触形式的转换,提高了仿真精度(已经申请专利)。3.从基材熔池的宽度和深度方面验证温度场的准确性,同时从节点的温度曲线方面说明本文所述仿真难点对温度场的影响。利用温度场得到的温度梯度分析激光加工过程中的熔池对流,从熔池面积和固液界面方面研究熔化凝固现象,并根据温度梯度、冷却速度和形状控制因子综合分析了凝固组织的形成机制。4.利用ANSYS仿真两道激光熔覆的温度场,在评价前一道对后一道的热效应时,提出基材相对稀释率,把基材相对稀释率作为优化多道工艺参数(搭接率、冷却时间和搭接中心偏距)的指标。