Page 89 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240177

激光能量密度和固溶处理对激光选区熔化 NiTi 合金

显微组织和性能的影响

汪 良，张 亮，吴文恒

（上海材料研究所有限公司，增材制造材料研发与应用中心，上海市工程材料应用
与评价重点家验室，上海 200437）
摘 要： 以NiTi合金粉末为原料，在不同激光功率和扫描速度下采用激光选区熔化工艺制备
−3
NiTi合金，研究了激光能量密度（26.67~111.11 J · mm ）和950 ℃×2 h固溶处理对NiTi合金显微
组织、相对密度、力学性能的影响。结果表明：随着激光能量密度的增加，沉积态NiTi合金的相对密
度先增大后减小再略微增大，当激光能量密度为50.00 J · mm −3 时，相对密度最大，为99.89%；随着
激光能量密度的增加，合金中镍含量降低，相变温度升高，B2奥氏体相减少，B19′马氏体相增多，合
金微观结构变化不大，垂直于成形方向为等轴晶，平行于成形方向为柱状晶，晶粒由不规则形状变
为规则形状；经过固溶处理后，晶粒形貌未发生明显变化，但组织更加均匀。随着激光能量密度的
增加，沉积态和固溶态合金的抗拉强度和断后伸长率基本呈先增后减再增的趋势，硬度降低。当激
光能量密度为50.00 J · mm −3 时，沉积态合金的拉伸性能最好，抗拉强度为769 MPa，断后伸长率为
6.73%，固溶处理后抗拉强度为762 MPa，断后伸长率达到了7.27%。NiTi合金的最优SLM工艺参
数为激光功率100 W、扫描速度800 mm · s −1 、扫描间距100 μm、铺粉厚度30 μm。
关键词： 激光选区熔化；NiTi合金；拉伸性能；固溶处理
中图分类号：TG139；TN249 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0081-07

0 引 言 距， t为铺粉厚度］。当激光能量密度控制在 50~
100 J · mm −3 时，成形件的致密性较好，力学性能较
镍钛（NiTi）合金具有良好的形状记忆效应、超
［5］
优异 。采用SLM工艺成形NiTi形状记忆合金时，
弹性、生物相容性等独特特性，目前已广泛应用于医
［1］
疗、航空、智能机器人等领域 。然而，NiTi合金的 过高的激光能量密度会导致镍元素蒸发，金属蒸气
来不及逸出，从而导致成形件中形成圆形的气孔，甚
机加工性能较差，采用传统减材加工方法进行加工
［2］
时存在加工效率低、精加工能力不足等缺点 。激 至会产生裂纹；而过低的激光能量密度会使NiTi合
光选区熔化（selective laser melting，SLM）技术作为 金粉末熔化不完全，导致成形件中产生大量不规则
［6］
［3］
一种应用较广泛的金属增材制造技术 ，具有较高 的孔隙及裂缝，从而严重影响其力学性能 。目前，
的成形精度，可以克服传统减材加工方法的缺点，在 有关SLM成形NiTi合金的研究主要集中在单一或
［4］
NiTi合金的加工与制备方面具有较好的应用前景 。 其中几个SLM工艺参数对合金致密性、组织和拉伸
SLM技术涉及激光功率、扫描速度、扫描间距、 性能的影响方面 ［7-11］ ，以激光能量密度来表征工艺参
铺粉厚度等工艺参数，这些工艺参数的组合影响 数影响的研究较少。此外，对SLM成形件进行热处
着成形零件的质量。为了统一描述这些工艺参数， 理的研究也较少，而热处理也会影响成形件的力学
将工艺参数进行整合得到激光能量密度E ［ E=P/ 性能 ［12］ 。因此，作者以NiTi合金粉末为原料，在不
（ vht）， P为激光功率， v为扫描速度， h为扫描间 同激光功率和扫描速度下采用SLM工艺制备NiTi

合金，研究了不同激光能量密度下沉积态和固溶态
收稿日期：2024-04-10；修订日期：2025-01-08
NiTi合金的显微组织、相对密度和力学性能，以期
基金项目：上海市优秀学术/技术带头人计划项目 （22XD1430900）
为NiTi合金SLM工艺的制备及应用范围拓展提供
作者简介： 汪良（1999—），男，安徽安庆人，硕士研究生
导师：张亮研究员 理论指导。
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