答辩博士：刘爽
指导教师：田宗军 教授/博导
论文题目：钛合金蜂窝骨架/氧化铝复合涂层抗激光损伤机理研究
答辩委员会：
主席：康 敏 教授/博导 南京农业大学
委员：徐 锋 教授/博导 南京理工大学
郭 宇 教授/博导 南京航空航天大学
朱永伟 教授/博导 南京航空航天大学
姬广斌 教授/博导 南京航空航天大学
赵剑峰 教授/博导 南京航空航天大学
田宗军 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：邱明波 副教授/硕导 南京航空航天大学
时间：2022年2月27日14:30
地点：南京航空航天大学明故宫校区4# -4308
学位论文简介：
随着高功率激光武器的不断发展，激光防护技术亦受到广泛关注，如何长时间抵御激光损伤已成为重点关注的问题。在基体表面制备出大厚度陶瓷涂层是目前公认的能够长时间抵御激光损伤的主要手段。钛合金广泛应用于航空航天装备，在其表面制备出高质量、大厚度和长时间抗激光损伤的涂层是当前的研究难点之一。因此本文研究工作将以此为背景展开，利用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法研究了氧化铝涂层激光损伤机理；采用激光选区熔化和等离子喷涂工艺方法在钛合金表面制备氧化铝涂层和钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层；揭示了钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层成形机理和抗激光损伤机理。
论文完成的主要工作及取得的成果如下：
(1) 建立了激光辐照氧化铝陶瓷涂层的温度场、流场和应力场多物理场耦合的数学模型。数值模拟结果和试验结果的吻合验证了数值模拟结果的合理性，获得了激光辐照氧化铝陶瓷涂层损伤形貌演化过程。
(2) 揭示了氧化铝涂层激光损伤机理。基于传热学、传质学、流体动力学和结构力学揭示了氧化铝涂层激光损伤机理为熔融损伤、气化损伤、飞溅损伤和热应力损伤，激光辐照损伤的顺序为热应力损伤-裂纹损伤-熔融损伤-气化损伤-飞溅损伤-冷裂纹损伤。
(3) 采用激光选区熔化 (SLM) +等离子喷涂复合工艺方法成功制备了1.5mm厚度钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层。
(4) 建立了钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层的等离子喷涂热-力耦合模型。分析蜂窝状陶瓷体表面的“花”状分布形态和侧面的红-黄-蓝循环阶梯分布应力形态，表明钛合金蜂窝骨架分散应力和减小应变的作用。
(5) 分析了蜂窝骨架对涂层热导率的影响，通过激光闪射法获和激光辐照试验发现，蜂窝骨架将涂层的热导率提高了2~3倍。
(6) 揭示了蜂窝骨架增强涂层抗激光损伤机理。通过分析氧化铝涂层和钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层裂纹损伤形貌特征，表明：钛合金蜂窝骨架中碳和钛起到抑制裂纹扩展和细化组织的作用，避免裂纹发生交织和龟裂；同时，蜂窝骨架减小了裂纹在高速气体（代表飞行器高速运动状态）冲刷时的扩展敏感性，在高速气体冲刷和长时间连续激光辐照的条件下，表现出了优异的抗激光损伤性能。
主要创新点如下：
(1) 提出了钛合金蜂窝骨架-氧化铝复合涂层。采用激光选区熔化 (SLM) +等离子喷涂复合工艺方法成功制备了1.5mm厚度钛合金蜂窝骨架-氧化铝陶瓷复合涂层，实现了可抵御长时间激光毁伤功能。
(2) 建立了等离子喷涂蜂窝骨架-氧化铝复合涂层热-应力耦合模型。通过理论分析、数 值模拟和试验研究，揭示了等离子喷涂过程中的温度场、应力场和应变场演化规律，阐述了蜂 窝骨架对涂层的温度分布、应力分布和应变的影响，揭示了蜂窝骨架增韧机理。
(3) 揭示了钛合金蜂窝骨架增强抗激光损伤性能机理。研究了钛合金蜂窝骨架对涂层导热系数、热扩散系数的影响规律，揭示了钛合金蜂窝骨架的碳和钛细化组织晶粒机理，明晰了钛合金蜂窝骨架抑制裂纹产生和扩展机理。
