为了研究金属激光直接沉积工艺过程中工艺参量对工艺能效的影响, 采用自主研发的HCX60五轴激光复合制造机床开展工艺能效田口试验, 并对其结果进行了信噪比分析、极差分析以及方差分析, 得到激光功率、送粉量、扫描速率、提升量以及搭接率对工艺能效的影响主次关系, 提出了工艺因素优化组合。结果表明, 送粉量对工艺能效的影响最为显著, 最佳参量组合为激光功率P=500W, 送粉量f=28g/min, 扫描速率v=600mm/min,提升量h=0.6mm和搭接率λ=30%。这为研究增材制造工艺参量对工艺能效的作用及影响规律提供了理论借鉴和实验基础。

通过激光直接沉积成形技术制备不同Mo元素含量的Cr-Ni不锈钢, 对工艺参数进行优化, 并对Cr-Ni不锈钢合金进行成分设计与组织性能评价。采用半导体激光器直接沉积成形15Cr21Ni7双相不锈钢合金粉添加xMo(x＝0%、1%、2%、3%、4%), 在激光功率1 800 W, 激光扫描速度5 mm/s, 搭接率30%, 送粉率8.9 g/min的优化工艺参数下获得了长宽高分别为10 mm×10 mm×4 mm的不锈钢块体样品。利用光学显微镜、电子探针、X射线衍射仪、显微硬度计及电化学测试系统进行了沉积层的显微组织、成分、物相及显微硬度、耐蚀性分析。实验结果表明, 沉积层无气孔和裂纹等缺陷, 成形性良好; 沉积层的中部稳定, 显微组织主要由岛状枝晶、奥氏体枝晶和枝晶间区域为铁素体、奥氏体、合金碳化物的混合组织组成; 随Mo含量的增加, 沉积层的耐蚀性随Mo含量的增加先升高后降低, 当Mo含量达到3%时, 耐蚀性获得最高值: 自腐蚀电流密度为167.21 nA/cm2, 自腐蚀电位为－142.26 mV。沉积层的显微硬度随Mo含量的增加变化不大, 其平均显微硬度在340～390 HV。

利用激光直接沉积技术成形Ti60合金，研究热等静压—双重退火对激光直接沉积Ti60合金缺陷、组织及拉伸性能的影响。结果表明：激光直接沉积Ti60合金存在气孔和未熔合两种缺陷，经热等静压处理后，气孔和尺寸较小的未熔合缺陷消除；沉积态试样底部和中部为柱状晶，顶部为等轴晶，显微组织为魏氏组织，由板条α和板条间β组成；经热等静压—双重退火处理后，晶界α消融，大部分原始β晶界消失，α板条粗化，长宽比减小，显微组织变为网篮组织；与锻件相比，沉积态试样拉伸强度较高，塑性较低，经热等静压—双重退火处理后，其塑性达到了锻件标准。

为揭示激光直接沉积TB6钛合金的组织与性能相关性, 研究了其沉积态和沉积/热等静压态的组织特征和拉伸性能。结果表明：激光直接沉积TB6钛合金的沉积态组织为等轴晶, 其拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式; 激光直接沉积TB6钛合金的沉积/热等静压组织仍为等轴晶, 但晶内析出针/束状α相, 其拉伸断口为穿晶断裂方式并存在大量韧窝; 热等静压导致激光直接沉积TB6钛合金的拉伸强度降低约200MPa, 而塑性提高1倍。该结果表明热等静压工艺可以有效调控激光直接沉积TB6钛合金的组织及性能。