【摘 要】
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本文针对连续光源激光加热和预置涂层粉末的具体特点，构造了相应的物理模型。按照有限元加权余量法和Galerkin法的思想，建立了三维温度场的数学模型，提出了二维质场的计算关系。
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本文针对连续光源激光加热和预置涂层粉末的具体特点，构造了相应的物理模型。按照有限元加权余量法和Galerkin法的思想，建立了三维温度场的数学模型，提出了二维质场的计算关系。利用商用软件Matlab对TC4基材表面原位合成生物陶瓷涂层的传热和传质过程进行了耦合模拟。模拟结果表明：激光熔覆原位合成生物陶瓷涂层的最佳工艺为：激光功率分布密度为12． 73-15． 27Mw／m2，扫描速度为1． 05×10-2m／s；升温时间0． 208s，沿光束方向涂层的外表面最高温度为2481K，涂层界面最高温度为2178K，熔覆深度为0． 5-0． 9mm；Ca2+、PO43-在涂层内的传输，促进了羟基磷灰石等生物陶瓷的合成，它们向基材迁移的最大距离分别为0． 193mm和0． 191mm，[Ti]进入涂层的最大距离为0． 145mm；Ca2+、PO43-及[Ti]在界面区域传质促使发生复杂的化学反应，导致涂层和基材达到冶金结合。根据计算结果，分析了温度、熔覆深度、界面传质过程与激光参数、材料性质及时间的关系。讨论了激光熔覆条件下生物陶瓷传热和传质对涂层组织结构和性能的影响。并通过扫描电镜组织观察、x-ray衍射相分析、能谱成分分析和显微硬度测定等对传热和传质分析结果进行了实验验证，结果表明二者基本吻合，从而证明了本文所提的计算模型及模拟结果是合理的。
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