近年来,随着增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)的发展,个性化的制造进程加快,选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是金属增材制造领域的代表性技术,能够直接快速成型具有复杂结构、高性能、高精度的功能零件。CoCrW合金具有优异耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性,在医疗领域被广泛应用于制造义齿、关节等植入物。本论文以齿科用CoCrW合金粉末为实验材料,使用选区激光熔化技术直接成型,通过改变成型过程中的工艺参数,对成型试样显微组织和性能进行了研究。主要内容包括以下几个方面:(1)研究了SLM工艺参数对试样熔池几何形貌的影响规律。通过设计单因素实验,分别改变SLM过程中的激光功率、扫描速度和扫描线间距,测量了不同工艺下试样的熔池宽度w和深度h,得出的规律是:w和h与激光功率呈正相关,当激光功率为300W时,w和h分别为189μm和64μm;w和h与激光功率呈负相关,当激光功率为700mm/s时,w和h分别为122μm和61μm;增加扫描线间距会使熔池的层内重熔区域显著增加。(2)优化了SLM工艺参数。通过设计多因素实验,改变SLM过程中的激光功率、扫描速度和扫描线间距,测试了不同工艺下试样的致密度、拉伸性能和成型效率,最后同时参考这三个方面,以致密度超过99%和拉伸性能超过ASTM F75医用标准(拉伸强度>625 MPa,屈服强度>520 MPa,延伸率>8%)为条件,成型效率最高的工艺参数为:激光功率P=200 W,扫描速度v=1100 mm/s,扫描线间距h=0.06 mm。(3)分析了SLM试样的微观组织。通过观察SLM试样的显微组织,发现了SLM特有的亚晶粒组织和外延生长现象。对比不同层间扫描策略的金相组织发现当层间旋转角为67°时能有效抑制柱状晶外延生长现象,增加熔池内部晶粒方向的混乱程度。通过本文的研究,能够为SLM成型CoCrW合金在组织形成和工艺优化方面提供理论依据,对选区激光熔化技术在各个领域的实际应用具有重要意义。
