为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响，首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟，分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响，研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化；然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验，采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析，采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究，进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明：熔覆层形貌主要受重力影响，当基体倾斜角度大于90°时，熔覆层溶质会发生滴落，极大地损伤熔覆层形貌；在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大，重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056；与重熔前相比，重熔后的表面粗糙度下降了69.5%，表面硬度提升了约70 HV，磨损率降低了76.3%；重熔后，熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶，微观组织得到了明显细化。

多道激光熔覆层的表面平整度和搭接率的大小密切相关。为研究搭接率对倾斜基体激光熔覆层表面平整度的影响规律并获得平整表面的临界搭接率, 用椭圆模型拟合倾斜基体熔覆层的横截面, 并通过试验验证椭圆模型拟合的可行性。建立了倾斜基体的搭接模型, 得出倾斜基体上获得最佳平整度的临界搭接率的计算方法, 在基体30°倾角下研究不同搭接率对熔覆层平整度的影响。结果表明, 较小的搭接率会导致熔覆层的平整度降低, 较大的搭接率会使熔覆层不断堆积导致熔覆层高度增加, 在临界搭接率下, 可以在几乎不改变熔覆层高度的情况下获得平整的熔覆层。

采用实验与仿真相结合的方法研究了工艺参数及基体倾斜角度对激光熔覆GH3536熔池流场及轮廓的影响。研究结果表明:倾斜基体激光熔覆时,基体倾斜导致的激光能量密度及粉末浓度的降低对熔高有显著影响,送粉量及激光能量的适度增加能够有效弥补熔高的降低;熔池内部存在的马兰戈尼对流分为前后流场,前流场主导轮廓前沿坡角,后流场主导熔高;基体倾斜时重力会加强相应方向的流场,进而影响最终的熔池轮廓。上坡熔覆时熔池轮廓下凹,下坡熔覆时熔池前沿更加平缓。结合温度场及流场分析基体倾斜对激光熔覆轮廓的影响,对于采用激光熔覆技术修复工作区间有限的倾斜面结构如燃烧室内部,在工艺参数调整及修复路径规划方面具有重要的指导作用。

为了探究倾斜基体激光熔覆中基体表面能量的分布规律, 利用米氏散射理论法建立了倾斜基体表面上的激光功率密度分布的数学模型, 以及激光功率密度峰值和峰值偏移量的数学模型。结果表明, 随着倾斜角度的增加, 激光功率密度会逐渐减小, 并且减小幅度逐渐增大; 激光功率密度峰值会发生偏移, 偏移量也随着倾斜角度的增加而增加, 且幅度逐渐增大。用试验对模拟结果进行验证, 获得的规律是一致的。

针对基体表面倾斜条件下的激光沉积特性展开研究, 通过表征倾斜基体表面上激光沉积过程熔池的形貌特征以及几何特性, 揭示基体表面倾斜特性对熔池的形貌特征、几何特性和表面粘粉的影响规律, 并探讨其影响机制。研究结果表明: 在倾斜基体上, 熔池受重力作用流动铺展, 当沿着倾斜基体上坡扫描时, 熔池气液界面向下凹陷, 并且熔池随倾斜角度的增加逐渐变长; 当沿着倾斜基体下坡扫描时, 熔池随倾斜角度的增加逐渐变短。由于激光能量在斜面上分布状态不同, 上坡时熔池后沿能量低, 粉末未能完全熔化, 导致沉积层表面有粘粉, 且随着角度的增大表面粘粉增多; 下坡时熔池后沿能量高, 表面粘粉较少甚至没有粘粉, 成形表面质量较好。