选区激光熔化工艺(Selective laser melting,SLM)作为增材制造的一种方式,具有设计工艺简单、成形件精度高、力学性能优良的优点,应用前景十分广阔。316L不锈钢(316L stainless steel,316L SS)和钛合金凭借其各自的优势在航空航天和生物医疗领域都极具应用价值。例如,不锈钢牙冠、手术器械,钛合金隔热罩、人工关节等。这些部件精度要求高甚至需要个性化定制,同时钛合金的机械加工十分困难。SLM的工艺特点恰好满足上述要求,因此近些年研究人员在SLM成形316L SS和钛合金领域投入了大量的精力。但是,316L SS的强度有限,在特殊环境下服役时也对其耐蚀性提出了更高的要求;在生物应用领域,钛合金的模量与人体骨骼差别比较大,耐蚀性也需要进一步提高。因此,本研究通过向316L SS中掺入Co-Cr-Mo-W和铁基非晶粉末,采用不同的SLM成形参数,对316L SS及其复合材料的力学性能、耐蚀性能的改善进行了详细地研究;通过不同的激光成形参数,对预制Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Nb钛合金进行SLM处理,在钛合金表面诱导原位形成非晶层,为SLM成形的316L SS和生物医学钛合金的性能改进提供了一定的参考价值。首先,为了改进SLM成形316L SS的防腐性能,采用不同的激光参数对Co-Cr-Mo-W合金掺杂不锈钢粉末进行选区激光熔化。通过相对密度和金相分析得出316LSS和复合材料的最优参数组合分别为激光功率200 W,扫描速度800 mm/s和功率170 W,扫描速度680 mm/s。在最优参数下,两种材料的相对密度都高于99%。不锈钢复合材料的点蚀电位比掺杂前提高了277 mV,腐蚀电流密度从1.08 × 10-5A/cm2降至1.70 × 10-6A/cm2,这归因于掺杂粉中Cr元素的加入促使含Cr钝化膜的形成。胞状亚晶粒由于暴露在腐蚀介质中的晶界比枝状亚晶粒多而被优先腐蚀。同时,大原子半径元素的引入导致了晶格畸变,试样的强度得到了小幅提升,抗拉强度提高50 MPa左右并保持40%的高延伸率。其次,研究了 SLM成形的非晶强化不锈钢复合材料的力学性能。非晶掺杂后亚晶胞尺寸变小的同时排列更加致密,原子扩散不充分引起元素偏析最终导致晶界增强,为位错运动提供阻碍作用。塑性变形初期,总应变主要来自胞状亚晶粒的变形。塑性变形后期,位错在胞状亚晶界塞积而难以运动,进而转变为沿枝状亚晶粒的剪切运动,这也使得应变硬化率的急剧下降。最终的拉伸断口呈现出大量沿晶韧性断裂和少量穿晶韧窝的混合形貌。与316L SS样品相比,非晶增强的复合材料的维氏硬度实现了 33%左右的提高,条件屈服强度增加41%左右,极限抗拉强度达到了 1123.88±14.54MPa,提高了近49%,同时总应变可达0.23±0.01。最后,研究了不同的激光参数处理的Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Nb预制合金板材的组织和性能。在激光热作用下,样品截面呈现出三个不同形貌的区域。致密的非晶涂层分布在材料表面;鱼鳞状热影响区由纳米晶构成;纳米晶呈放射状生长连接成CuTi3树枝晶构成了基体区。非晶体区的有效弹性模量(123.22±4.64 GPa)明显低于基体区(149.03±5.76 GPa)和热影响区(153.22±3.96 GPa)。Zr、Ti和Nb元素具有很强的氧亲和力,因此,极化后它们容易在样品表面形成ZrO2、TiO2和Nb205,阻止了腐蚀性溶液与合金的进一步接触。另外,非晶涂层没有元素偏析区,不会产生局部溶解,能够避免形成的原电池耦合效应从而使腐蚀电流密度降低了 15%。