激光选区熔化（SLM）增材制造技术为NiTi形状记忆合金复杂结构件的制造开辟了新途径，已成为智能材料领域的研究热点之一。本课题组采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪、差式扫描量热仪、万能材料试验机等，重点研究了扫描间距h对SLM成形NiTi合金相对密度、组织结构、相变行为及力学性能的影响。结果表明：线能量密度在100~250 J/m范围内时，可以获得连续且稳定的单熔道试样；随着扫描间距h从115 μm减小到64 μm，SLM成形的NiTi合金块体中的NiTi（B2）相含量有所减少，相对密度增大，表面粗糙度减小，相变温度M_s呈逐渐升高的趋势。扫描间距h=77 μm时成形的NiTi块体试样的综合性能最佳：相对密度为98.5%，抗压强度和抗拉强度分别为3351 MPa和839 MPa，第1次压缩循环后的可回复应变为5.99%，应变回复率高达97%，第10、第20次压缩循环后的可回复应变分别为5.77%和5.75%。

以纯镍粉末为原料,通过激光选区熔化探究制备镍实体的优化工艺参数,研究了在一定铺粉层厚和扫描间距下,线能量密度对镍实体的致密度、显微组织、力学性能以及电化学性能的影响。结果显示:在线能量密度为244.8 J/m参数下,激光选区熔化(SLM)成形镍实体的综合性能最佳。该条件下成形件表面平整,表面粗糙度为10.5 μm,致密度为99.7%,维氏硬度为165.4 HV0.2,抗拉强度为420 MPa,屈服强度为321 MPa,伸长率为23.2%,断口为韧性断口。在质量分数ω (NaOH)=20%溶液中析氢反应自腐蚀电位为-1.5×10 -6 mA·cm -2,其极化钝化区域为-1.038~0.442 V。

采用选区激光熔化技术成形Inconel625高温合金(IN625)试样,探讨激光能量密度对试样孔隙和裂纹等缺陷的影响,并分析最佳相对密度试样的组织和力学性能。结果表明:当能量密度为50~78 J·mm -3时,试样的相对密度达到99.5%以上;当激光能量密度为75 J·mm -3时,成形件接近完全致密状态;当能量密度较低时,试样内出现未熔粉末和裂纹;当能量密度较高时,试样中出现不规则孔洞和细小孔隙。最佳相对密度的成形件显微组织中存在胞状晶和柱状晶,晶粒的平均粒径为10~30 μm,亚晶的数目较少,晶粒生长方向出现少量<001>择优取向;拉伸断裂模式为混合断裂,拉伸断口上出现了大量、细小的韧窝;成形件的显微硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为(327±3) HV、(930±5) MPa、(700±5) MPa和29.5%。

针对Ti-6Al-4V合金植入体存在的应力屏蔽问题,采用选区激光熔化技术成形了不同孔径和孔隙率的多孔Ti-6Al-4V合金结构,对样品的相对密度、成形精度、微观组织、压缩性能和弹性模量等进行表征。结果表明,原始打印态多孔Ti-6Al-4V合金结构的显微组织为细针状α'马氏体组织;不同相对密度的多孔Ti-6Al-4V合金结构,其相对密度从0.420升高到0.548时,弹性模量从15.1 GPa升高到25.7 GPa,抗压强度也从223 MPa升高到了352 MPa,且弹性模量、抗压强度随相对密度变化的关系满足Gibson-Ashby模型。此外,多孔Ti-6Al-4V合金压缩断裂发生在支杆连接处,断口与水平方向约成45°夹角,断裂方式为脆性断裂。

探索不同激光加工参数对选区激光熔化成形Ti6Al4V质量的影响从而得到最佳工艺参数, 在此基础上研究不同热处理工艺对选区激光熔化成形Ti6Al4V力学性能的影响。在230、280 W两种功率下设计5种不同的扫描间距, 并改变功率和扫描速度以获得7种不同的线能量密度。设计三组热处理工艺, 分别为625、950 ℃保温30 min炉冷, 950、1 080 ℃保温30 min水冷以及950、1 080 ℃保温30 min水冷后时效。进行金相观察、硬度测量以及拉伸试验, 用电子探针观查断口形貌。结果: 280 W下的致密度最高达到99.96%。P＝150 W, V＝1 250 mm/s时试样侧面的粗糙度最低为20.7 μm。950 ℃退火后针状马氏体变成粗大的片状α板条组织, 950 ℃固溶时效后生成等轴α相以及α的混合组织。硬度最高达到418 HV0.3。利用最佳工艺成形Ti6Al4V后, 950 ℃保温30 min并炉冷可以得到较好的综合力学性能。

系统研究了选区激光熔化（SLM）及热处理工艺对钴铬合金组织与性能的影响。通过设计正交实验，利用EOS M290选区激光熔化设备，优化钴铬合金成型的工艺参数；利用XRD、扫描电镜（SEM）、硬度仪及万能材料试验机对选区激光熔化钴铬合金的显微组织结构、物相组成及力学性能进行观察与测试。研究结果表明，选区激光熔化成型的最佳工艺参数为：扫描间距0.08 mm，扫描速度1110 mm/s，激光功率335 W，能量密度4.8 J/mm2，获得的致密度高达99.18%，且最佳的填充角度为67°。SLM成型的钴铬合金的物相主要由γ相及少量ε相共存，微观组织由细小均匀的胞状晶及柱状晶构成；其硬度、抗拉强度及延伸率分别为41.0HRC，1032 MPa，10%，断裂机制主要为穿晶脆性断裂。热处理后显微组织发生γ→ε相变，主要为ε相及少量γ相，并产生少量强化相M23C6(M=Cr，Mo，W)；其硬度、抗拉强度及延伸率分别提升了6.1%，35.9%和17.6%，断裂机制主要为准解理断裂。

为了提高60CrMnMo钢表面的耐磨性, 采用CO2激光器在60CrMnMo钢表面进行激光合金化WC-B4C-TiC以获得高硬度、耐磨的合金化层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计分别分析了合金化层显微组织、物相组成与显微硬度, 利用轮式磨损试验机测试了其常温下的耐磨性能, 并与基材进行比较。结果表明: 合金化层与基材呈冶金结合, 合金化层组织主要由胞枝晶组成, 合金层物相主要有Fe-Cr、B10C、Cr23C6、Ti8C5、W2B。合金化层的最高硬度可达1 300 HV0.3, 是基材的5 倍左右, 耐磨性提高了大约3 倍。