摘要：激光选区熔化技术是增材制造技术的一种，该技术自诞生以来在金属样件制备过程中发挥越来越重要的作用。
但是运用该技术制备成型件的组织研究尚未明确，本文以GH3625高温合金为例，研究选区激光熔化成型件组织特点及拉伸性能。
结果表明，选区激光熔化成型件组织主要为胞状晶，选区激光熔化微熔池中，晶粒生长方向在同一个区域中呈现出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形的胞状晶。拉伸实验结果表明选区激光熔化成型试样具有良好的拉伸性能。
关键词：选区激光熔化；GH3625；组织分析；力学性能
引言选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）是新近发展起来的一种快速成型技术。
其原理是利用高能激光束扫描和熔化金属粉末，在软件控制下由点到线，再由线到面，最终获得高密度和良好力学性能的成型件[3,4]。
区别于传统减材加工方法，SLM是一种增材制造技术，其优势在于极大的减少材料的消耗，缩短零件加工周期，且不受零件复杂程度限制，尤其适合复杂结构加工和小批量生产，已经开始应用于医疗、航空航天、军事等领域[5-8]。
由于成型件的微观结构取决于结晶方式，因此研究激光熔化后金属的微观结晶方式对于提升打印零件性能具有重要作用。
由于GH3625高温合金具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀，可广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备部件。
因此本文选取GH3625高温合金粉末为试验对象，研究了利用SLM技术制备GH3625试样的微观组织及拉伸性能，分析了不同区域的微观组织特点及成型机理，为选区激光熔化技术在镍基高温合金领域的应用提供参考。
1实验方法1.1实验设备实验选用的选区激光熔化设备为国内某厂家生产的SLM-280设备，该设备主要包括成型室、循环系统、高精度光纤激光器以及成型气缸和驱动活塞等关键部件。
该设备的激光扫描速度可在100-7000mm/s范围内调节，成型尺寸精度为±0.1mm，成型层厚为20-80μm。该系统还包括高速、高精度的扫描电流计单元和高精度的激光功率控制器，以 确保在扫描范围内的激光密度相同。
拉伸实验采用WDW-100D型电子万能材料试验机进行测试。采用德国莱驰公司的多功能激光粒度分析仪进行粉末粒度分析。
采用JSM-6700扫描电子显微镜和MX-10金相显微镜进行组织结构和拉伸断口分析。
1.2实验材料和工艺参数实验选用的粉末材料是-200+600目的GH3625高温合金粉末。
图1为GH3625合金粉末粒径分布曲线，其中图1（a）为粉末粒径的区间分布以及累积分布曲线，图1（b）为粉末粒径区间分布的柱状图，从中可知，粉末粒径主要集中分布在15～55um的范围内。实验通过正交实验进行工艺参数优化，优化后的工艺参数如表1所示，并采用此工艺参数制
备10×10×10mm测试小方块进行组织形貌分析。为了研究激光功率对拉伸性能的影响，采用变功率的工艺参数使拉伸试样成型，成型参数如表2所示。
2.结论与分析
2.1组织分析如图2a所示为测试块垂直于激光扫描方向的光镜照片，从图中可以观察到鱼鳞状界面，界面尺寸约在 50～75μm之间，平均约为65μm左右。
形成原因是由于选区激光熔化所用的激光为高斯光束，激光光斑中心能量密度较高而两侧能量密度较低，因而在熔化过程中，光斑中心的熔化深度比边缘的深度要大。如图2b所示为平行于激光扫描方向的光镜照片，从图中可以观察到熔道交互重叠，形成具有长条状和椭圆形两种不同的
形貌特征。
分析认为，长条状熔道是沿激光扫描方向扫描线的纵截面，椭圆状熔道是由于激光熔化粉末形成不连续熔道或者由于制样时抛光面有一定的倾角。
图3所示为垂直于扫描方向的组织形貌。图3a、图3b所示为低倍组织形貌，试样的显微组织与铸造形成典型的等轴晶、柱状晶和细晶有所不同。
由于激光光斑直径为0.1mm，所形成的微熔池体积很小，“微熔池”内分布着直径约0.1-1μm范围的细小柱状晶（亚晶）。
图3c为图3a的高倍微观组织，从中可以清晰的观察到熔道横截面内的“微熔池”呈细小的柱状晶组织，还可以观察到相邻的“微熔池”之间柱状晶的生长具有明显的外延生长特性。
分析认为，由于激光能量作用在相邻层之间的熔化区存在一个较大的正温度梯度，并且以上一层残余的细小柱状晶为形核基底，最终导致贯穿多个熔道，形成外延生长的柱状晶。图3d所示为细小柱状晶生长方向受到散热方向的影响。
图4所示为第二类“亚微米长柱状晶”的组织形貌，图4a、b为低倍组织形貌，图4c、d为高倍组织形貌。
从中可以看出，在这类组织中“亚微米长柱状晶”一部分呈条状分布，另外一部分呈类胞晶结构；并且此部分的类胞晶结构存在着向亚微米长柱状晶结构转变的趋势。
分析认为：“微熔池”受激光模式的影响，熔池表面存在着表面张力梯度，在表面张力梯度以及残留温度场的作用下熔池内发生了对流，在这个过程中流动的熔池一方面会造成熔池的部分变形，使得熔池向已成型一侧流动；另外一方面对散热方向造成了一定的改变，使得热量的散失不仅有
垂直向下散热，同时向相邻的熔道散热。进而形成了如图4d所示的组织结构。
图5所示为第三类“类胞晶”集中分布的组织形貌，图5a为低倍组织形貌照片，图5b为高倍组织形貌照片。
从中可以看出，在这类组织中“亚微米长柱状晶”基本上都呈“类胞晶结构”分布，并且类胞晶结构的直径都在亚微米级别，从图中可以看出“类胞晶结构”随着区域的变化形状也不尽相同，分析认为随着激光束向前推移时，“微熔池”周围的温度受激光照射角度、铺粉不均等影响，温度场发生变化，引起固液界面前沿的温度梯度发生变化，散热的主导方向变成了垂直于抛光面的方向，因此便形成了如图5b所示的组织形貌。
图6所示为亚微米长柱状晶的高倍组织形貌，从图中可知，晶体生长方向与热量散失方向平行但方向相反，故在“微熔池”中形成贯穿多个熔道的呈外延生长的亚微米柱状晶组织，但是由于观察角度不同，所观察的组织形貌也不尽相同。若观察角度垂直于柱状晶生长方向，则观察到细小柱
状晶组织；若观察角度平行于生长方向，则可观察到呈六边形的包状晶组织结构。
综上所述，GH3625在选区激光熔化过程中呈典型的胞状结晶形貌，“微熔池”内部为“亚微米长柱状晶”（亚晶），由于受铺粉的不均匀性、激光照射角度不同、温度积累以及散热条件变化等综合因素的影响，其生长方向也在不断地发生变化，进而形成了多种不同的位向分布。
2.2拉伸性能分析图7为选区激光熔化成型拉伸试样的应力—应变曲线，表3为不同拉伸试样的力学性能指标。
从中可知，三组拉伸试样的抗拉强度均超过了950MPa，屈服强度超过了740MPa，伸长率超过44%，拉伸性能达到了汽轮机用GH3625材料室温拉伸性能指标（抗拉强度≥830MPa；屈服强度≥410MPa；伸长率≥30%）[9]。
由此可见，选区激光熔化GH3625拉伸试样具有良好的拉伸性能。
2.3 断口形貌分析由于这三组拉伸试件的屈服强度和抗拉强度区别较小，拉伸试样的断裂形貌几乎相同。
因此，选择2号拉伸试样的断口进行分析，断口宏观照片如图8a所示，微观断口照片如图8b所示。
从图8可以看出拉伸试样断口崎岖不平，断口边缘存在大量的韧窝与一些垂直状的断面。这是因为选区激光熔化形成的组织为胞状晶组织，内部为亚微米长柱状晶，由于细小柱状晶位向各不相同，当柱状晶的位向与拉伸方向相同或者两者的夹角较小时，柱状晶会随着拉伸力的作用发生塑
性变形，进而形成微孔洞，随着载荷的不断增加孔洞也随之扩大，当孔洞扩大到一定程度，就会发生断裂形成韧窝状的断裂形貌，如图8b所示；另一方面细小柱状晶与拉伸的方向垂直时，细小柱状晶主要承受剪应力作用，并且受力较大时就会出现被剪断的情况，因此形成了如图8c所示
的垂直状台阶形貌。综合可知，GH3625的拉伸断口韧窝形貌是由于亚微米长柱状晶发生塑性变形而形成的一种断裂形貌，而台阶状形貌是由于垂直于拉伸方向的亚微米长柱状晶被剪应力剪断所形成的结果，GH3625选区激光熔化拉伸试样断裂方式为沿晶塑性断裂与韧窝韧性断裂的混合
断裂
3 结论
（1）采用SLM技术成型GH3625小方块的组织形貌为胞状组织结构，晶粒尺寸变化范围约为0.1~1μm。
（2）由于激光入射角度的变化、铺粉均匀性不一致以及热量的累积和散失方向的变化，使得同一“微熔池”中可以同时出现胞状组织结构和柱状组织结构两种形貌，并且可发生两种形貌的相互转变以及晶粒的尺寸的变化。
（3）利用SLM成型GH3625高温合金拉伸试样具有良好的拉伸性能，断裂方式为沿晶塑性
4结论
研究表明，热喷涂铜合金涂层在数小时内对细菌和孢子的破坏与铜合金板一样有效，为减少医院环境中的健康危害提供了可行的方法。
经过2小时的暴露于铜合金涂层和暴露7天后的试片均可观察到枯草芽孢杆菌孢子退化。
表面粗糙度Ra在0.1~3.5μm不影响铜镍锌合金的生物活性。
孢子的脱层形成了纳米花状晶体结构。研究表明，虽然纳米花在涂层和金属片的表面形貌不同，但是它们具有相似的内部结构。
