为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响，利用选区激光熔化（SLM）技术制备了不同成形取向的316L冲击构件，并比较了SLM态、1050 ℃热处理态以及1100 ℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明，按冲击韧性从大到小排列，依次为SLM态、1100 ℃热处理态、1050 ℃热处理态。随着热处理温度的升高，冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态，XY-Z样的冲击韧性比XZ-X样和XY-X样更好，但热处理之后XY-Z样的冲击韧性反而最差。同时，热处理之后亚晶组织逐渐消失，夹杂物粗化，晶粒尺寸增大，大角度晶界增加，逐层制备的多层结构被破坏，晶粒织构发生变化，这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。

为进一步提高316L钢材的显微硬度，拓宽其使用范围，采用激光熔覆的方法，在316L钢材表面制备出不同比例的Fe60-WC熔覆层。研究不同比例的WC对熔覆层的截面组织、显微硬度、晶相构成的影响及原因。经过试验分析可知，当WC的质量分数为3%时，其与Fe60形成了硬质合金结构，增加了熔覆层的显微硬度。当WC的质量分数提升至5%时，熔覆层的微观结构发生了较大的改变，此时WC的质量分数虽然更多，但是熔覆层的显微硬度有所下降。结果表明，当WC的质量分数为3%时，熔覆层保持树形胞状晶，此时的显微硬度明显高于基体。x

点阵结构具有优异的抗压性能和吸能性能，被广泛应用于生物医疗、车辆工程和航空航天等领域。采用拓扑优化设计和激光选区熔化成形技术(SLM)，制备一系列等密度和梯度点阵结构，研究其表面形貌、抗压形变行为和吸能性能。研究结果表明，SLM技术具备成形微小结构的能力，可制备出相对密度大于0.20的点阵结构；等密度点阵结构的抗压形变机制为整体发生弹性屈曲，进而实现致密化，而梯度点阵结构的抗压形变机制为逐层发生形变压实，达到致密化；点阵结构的能量吸收能力值与相对密度成正比，与结构类型无关；能量吸收效率受结构的密度分布影响，梯度点阵结构具有更高的能量吸收效率。

为了提高316L基材的耐腐蚀性能, 延长其在海洋环境下的使用寿命, 采用激光熔覆技术在316L不锈钢上制备出具有不同含铜量的Ni-Cu-WC的熔覆层, 利用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、电化学工作站对熔覆层的显微组织、显微硬度及耐腐蚀性能进行测试并分析其腐蚀行为。结果表明, 熔覆层与基材结合状况良好, Cu元素的加入部分抑制了碳化物增强相的形成而导致熔覆层的硬度有所下降; 同时熔覆层中的Cu元素可以有效提高其在海水中的耐腐蚀性, Cu质量分数为0.1时,抗腐蚀性能最佳, 在NaCl溶液(质量分数为0.035)中的腐蚀电位提升至-0.864 V, 腐蚀电流密度降低至0.1049 μA/cm2。此研究为后续激光熔覆制备耐海水腐蚀涂层提供了理论参考依据。

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律，笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式，针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型，模拟了间隔1~10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律，并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力，使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时，成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%，同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa，相较于未重熔样件提高了6.2%；冲击吸收功达到209.5 J，相较于未重熔样件提高了11.97%；显微硬度达到391.8 HV，相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为，采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力，提高成形件的力学性能。

针对激光选区熔化（SLM）成形件表面粗糙度较高这一问题，笔者基于SLM分层加工原理，以台阶效应、粉末粘附和翘曲变形为主要影响因素，建立了下倾斜面粗糙度的预测模型。选用SLM成形316L不锈钢零件作为研究对象，测量其下倾斜面的粗糙度，并将粗糙度的测量值与预测值进行对比分析。实验结果表明：熔道搭接与台阶效应相结合、粉末粘附现象的等效变换以及翘曲变形后角度变化这三种建模思路是可行的；粗糙度预测模型的主要参数为倾斜角度和切片层厚；等效长方体的正方形截面的边长为11.2 μm时，粗糙度模型的预测值与测量值吻合得最好；倾斜角度为90°时误差最大，粉末粘附现象是产生较大误差的主要原因。

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65~0.75 μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50 μm降到0.35 μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。

利用选区激光熔化制造金属零件时，悬垂构件的可制造性和成形质量与添加的支撑结构密切相关。采用热弹塑性有限元分析方法，研究了不同支撑类型的热传导特性，并通过试验揭示了支撑类型对316L试件翘曲变形、表面形貌、显微组织及显微硬度的影响规律。结果表明：块状支撑的散热性能优于锥状支撑，将试件峰值温度降低了6.7%，温度振荡幅度降低了41.07%，而其较好的导热性能使试件下表面粗糙度降低了6.23%，同时悬垂区域金属组织中出现了细化晶粒（18.42 μm）及脆而硬的网状Cr、Ni相，显微硬度提高到234 HV。锥状支撑将试件变形降低了1 mm，而试件底部较少的气孔缺陷使硬度波动降低了14 HV。分析认为，组合支撑中增加块状结构的比例有利于提高试件成形精度和力学性能，增加锥状结构的比例有利于减小试件翘曲变形程度。

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法, 对比研究了热轧和选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢水平面(X-Y面)和建造面(X-Z面)显微组织特征。结果表明, 两种方法制备的316L不锈钢均主要由奥氏体相组成。与轧制合金相比, SLM制备的316L不锈钢有着更多的低角度晶界和亚晶界, 位错密度更大。其中, SLM成形316L不锈钢X-Y面存在平行于(110)方向上的织构, X-Z面存在平行于(001)方向上的织构。X-Y面上晶粒取向偏离(001)方向, 可能与重熔过程中复杂的热流有关; X-Z面在(001)方向上存在织构且在(001)的织构指数最大, 这是因为在SLM成形过程中, 晶体的生长方式与建造方向平行, 且晶粒沿着(001)方向散热最快, 因此晶粒沿(001)方向呈择优生长。