为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响，在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上，通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明，在相同体能量密度条件下，垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件，使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形，进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异；同时，由于热累积效应的影响，垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。

为明确激光能量密度作为选区激光熔化工艺优化依据的可靠性，以钴铬合金为对象，通过数值模拟与试验验证，考察了相同能量密度下不同扫描速度时成形试样的温度场、熔池尺寸和致密度。结果表明，激光能量密度不是影响选区激光成形过程中熔池尺寸和致密度的可靠参数，在相同激光能量密度下，激光扫描速度不同，会影响粉床上粉末的熔化和凝固过程及形成的熔池尺寸。激光能量密度相同时，随着激光扫描速度增大，熔池尺寸增加，试样致密度也相应提高。

本文基于选择性激光熔覆钴铬合金, 对其成形硬度规律及其预测模型进行了研究。结果表明: 钴铬合金化层表面硬度随激光输出功率的增大先升高后降低, 随着激光扫描速度的增加逐渐降低, 随激光送粉速率的增大先升高后降低, 激光钴铬合金化最优工艺参数为激光扫描速度505 mm/min, 激光输出功率1.27 kW, 送粉速率24.21%。钴铬合金化层硬度具有比较均匀的分布, 其厚度为0.60 mm, 平均硬度约为900.21 HV0.1, 比基体硬度增大三倍多; 热影响区厚度约为0.40 μm, 其硬度从850.13 HV0.1降低到200.02 HV0.1, 呈梯度分布。基于Matlab平台, 建立激光熔覆钴铬合金熔覆硬度预测模型, 可对激光熔覆钴铬合金熔覆层的硬度进行有效预测分析。

钴铬合金是常用的人造骨骼材料,其多孔结构直接影响力学性能。应用选区激光熔化工艺成形多孔钴铬合金,设计4种常见的单元结构模型,通过数值模拟和实验验证,研究单元结构参数对多孔骨架抗压强度、弹性模量和应力应变关系等力学性能的影响。实验结果表明,具有交叉单元结构的多孔合金力学性能最优,结构中的形状突变会导致力学性能大幅降低,孔径的增大会降低合金力学性能,减小速率成反比例函数型减小。实验中所设计的A750和C结构的钴铬合金多孔骨具有较好的力学性能,满足人造骨骼的压缩性能需求。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了CoCrMo合金。研究了激光线能量密度对SLM成型试样过程中飞溅行为的影响。在合理激光线能量密度区间,采用不同的激光能量和扫描速度进行块体成型试验,以高度方向尺寸精度为标准,选择最优工艺参数。在尺寸精度最高的前提下,研究了SLM成型CoCrMo合金试样的显微组织和力学性能。通过热处理工艺提高了试样的机械性能。研究结果表明,在激光线能量密度0.21 J/mm,激光功率115 W,扫描速度550 mm/s时,成型试样尺寸精确度可以达到0.03 mm。成型试样表面光滑,粗糙度Ra为6.149 μm,致密度可达99.7%,近乎全致密。在细晶强化作用下,成型试样的抗拉强度为1 057 MPa,延伸率为6.7%; T4热处理后,在固溶强化作用下,抗拉强度提升至1 153 MPa,延伸率提升至17.8%。

采用正交实验法制备选区激光熔化钴铬合金成型件, 研究激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h和扫描间距d四个工艺参数对选区激光熔化成型件致密度的影响规律和孔隙缺陷的形成机理。研究结果表明, 四个工艺参数中, 铺粉厚度对SLM成型件致密度影响最大, 在工艺参数P＝170 W, v＝500mm/s, h＝0.03 mm, d＝0.06 mm条件下, 成型件致密度最高达96.59%。另外, 成型件孔隙缺陷的形态分布与其致密度大小密切相关, 成型件内部孔隙缺陷主要分为两类: 不规则形匙孔和圆形气孔。前者尺寸较大, 由球化效应、粉末熔化凝固的体积皱缩效应等引起的部分底层粉末未充分熔化造成; 后者尺寸微小, 主要由熔池凝固太快造成的内部氮气和低熔点物质气化形成的气体不能及时排出引起。采用减小铺粉厚度的方法可以有效消除匙孔缺陷, 成型前对基板预热可以减少气孔缺陷的出现。

采用选区激光熔化(SLM)技术成型钴铬合金, 运用正交实验法研究了激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h和扫描间距d对多层成型件致密度、上表面粗糙度和侧面粗糙度的影响规律。实验结果表明, 铺粉厚度是影响SLM成型件致密度大小的最重要因素, 而激光功率是影响成型件上表面和侧面粗糙度的最重要因素。获取了优化的工艺参数为P＝170 W, v＝500 mm/s, h＝0.03 mm, d＝0.08 mm, 该工艺参数下成型件的致密度最高达97.05%, 上表面粗糙度Ra最低为20.3 μm, 侧面粗糙度Ra为15.5 μm。致密度和表面粗糙度之间存在相互影响关系, 表面粗糙度的累积效应会导致成型件致密度降低。

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。

钴铬合金是常用的口腔修复体材料，采用选择性激光熔融(SLM)技术成形钴铬合金，研究其硬度变化规律对人工义齿在咀嚼过程中的摩擦磨损分析具有重要意义。探讨工艺参数对钴铬合金SLM 成形件硬度的影响规律，并建立维氏硬度预测模型。实验结果表明，SLM 成形过程中，激光功率对钴铬合金试件维氏硬度的影响最显著，扫描速度次之，扫描间距最小。沿建造方向，晶粒呈柱状排列，生长方向一致，晶粒之间有明显的层状堆叠；沿垂直于建造方向，晶粒呈网格状且排列均匀紧密。随着激光能量密度增大，晶粒尺寸逐渐变大，成形件强度和硬度提高，微观纹理致密且孔洞缺陷明显减少。根据实验数据，建立了维氏硬度预测模型并验证了其有效性。

针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验，测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量，研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明，相同激光能量密度下，不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM 成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢；扫描速度在80~100 mm/s时，钴铬合金SLM 成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大，钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外，激光功率从50 W 变为100 W 时，网状晶粒平均尺寸由0.8 μm 增大到2 μm 左右，然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM 成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV，在合理范围内略高于标准值。