基于激光熔覆同轴送粉成形技术，利用316L不锈钢粉末和镍基718高温合金粉末制备二维突变梯度材料。通过电子探针检测技术在宏观层面分析整个试样的元素变化规律，通过扫描电镜及其附带的能量色散谱仪在微观层面分析界面处的微观组织及元素变化规律。结果表明：在宏观分析时元素含量突然变化，在微观分析时发现存在长约500 μm的过渡区间；界面处显微硬度变化显著，微观组织逐渐变化，但镍基718高温合金侧元素偏析明显，以Laves相和碳氮化物为主，316L不锈钢侧以胞状晶为主，且含有少量碳氮化物。

针对送粉式激光沉积成形技术,选取不同的Z轴提升量成形316L不锈钢薄壁件,分别检测薄壁件不同区域的微观组织和力学性能,包括晶粒尺寸、重熔深度以及拉伸性能各向异性,并探究了单道熔覆层和薄壁件整体的晶粒形态以及生长方向。根据不同Z轴提升量下的微观组织,分析了薄壁件不同方向上抗拉强度和伸长率的变化规律。结果表明:不同于单道熔覆层,在不同的Z轴提升量下,薄壁件主要以柱状晶为主,并且不同区域的柱状晶的生长方向发生了变化;Z轴提升量与晶粒尺寸之间呈非线性关系;不同Z轴提升量下柱状晶的生长方向和尺寸会影响成形件拉伸性能的各向异性。

针对于激光熔覆沉积成形工艺引起的拉伸强度各向异性的问题,基于变厚度熔覆层沉积方式,探究扫描方向(从高到低和从低到高)对斜坡薄壁件微观组织和力学性能的影响。测试斜坡薄壁件不同位置的拉伸强度和硬度,分析其微观组织形貌,并与等厚度熔覆层沉积方式进行对比。试验结果表明:在薄壁件的纵截面上,沿不同扫描方向沉积能改变晶粒的生长方向;晶粒生长方向和扫描轨迹能影响薄壁件不同位置的拉伸强度,且从低到高扫描沉积可明显减小抗拉强度的各向异性;在水平方向,不同扫描方向下的硬度变化趋势一致,且变厚度熔覆层沉积会改变薄壁件最大硬度的分布。

为了提高和改善微沟槽表面质量, 设计了高速微铣削实验, 研究了微沟槽底面表面粗糙度和侧壁残留毛刺的变化规律。从理论角度引入了已加工表面的形成机理, 建立了微观表面粗糙度理论模型, 提出了刀具跳动对侧壁形貌变化影响的规律。利用三轴联动精密微细铣削机床加工微细直沟槽, 并选取主轴转速、轴向切深、进给速度、刀具跳动量和材料组织结构为研究因素。采用多因素正交实验和极差分析法, 对表面粗糙度值进行数值分析。铝合金, 钢和钛合金三类微沟槽底面对应的最佳表面粗糙度值变化范围分别为1.073~1.481 μm, 0.485~0.883 μm, 0.235~0.267 μm; 无刀具跳动钛合金微沟槽壁毛刺的最大高度为7.637 μm, 而当刀具存在0.3 μm的径向综合跳动量时对应的微槽壁毛刺的最大高度为21.79 μm。铣削参数对表面粗糙度值的影响按从大到小依次为进给速度、主轴转速、轴向切深, 且随着进给速度和轴向切深的增大, 表面粗糙度值增大; 随着主轴转速的增大, 表面粗糙度值先减小后增大; 在相同加工条件下, 若微圆弧刀刃无磨损, 微刀具的跳动量对微直沟槽侧壁表面质量有较大影响。同时, 不同金属材料特性也是影响微沟槽表面质量的潜在因素。