为了提高316L基材的耐腐蚀性能, 延长其在海洋环境下的使用寿命, 采用激光熔覆技术在316L不锈钢上制备出具有不同含铜量的Ni-Cu-WC的熔覆层, 利用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、电化学工作站对熔覆层的显微组织、显微硬度及耐腐蚀性能进行测试并分析其腐蚀行为。结果表明, 熔覆层与基材结合状况良好, Cu元素的加入部分抑制了碳化物增强相的形成而导致熔覆层的硬度有所下降; 同时熔覆层中的Cu元素可以有效提高其在海水中的耐腐蚀性, Cu质量分数为0.1时,抗腐蚀性能最佳, 在NaCl溶液(质量分数为0.035)中的腐蚀电位提升至-0.864 V, 腐蚀电流密度降低至0.1049 μA/cm2。此研究为后续激光熔覆制备耐海水腐蚀涂层提供了理论参考依据。

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律，笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式，针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型，模拟了间隔1~10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律，并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力，使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时，成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%，同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa，相较于未重熔样件提高了6.2%；冲击吸收功达到209.5 J，相较于未重熔样件提高了11.97%；显微硬度达到391.8 HV，相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为，采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力，提高成形件的力学性能。

针对激光选区熔化（SLM）成形件表面粗糙度较高这一问题，笔者基于SLM分层加工原理，以台阶效应、粉末粘附和翘曲变形为主要影响因素，建立了下倾斜面粗糙度的预测模型。选用SLM成形316L不锈钢零件作为研究对象，测量其下倾斜面的粗糙度，并将粗糙度的测量值与预测值进行对比分析。实验结果表明：熔道搭接与台阶效应相结合、粉末粘附现象的等效变换以及翘曲变形后角度变化这三种建模思路是可行的；粗糙度预测模型的主要参数为倾斜角度和切片层厚；等效长方体的正方形截面的边长为11.2 μm时，粗糙度模型的预测值与测量值吻合得最好；倾斜角度为90°时误差最大，粉末粘附现象是产生较大误差的主要原因。

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65~0.75 μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50 μm降到0.35 μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法, 对比研究了热轧和选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢水平面(X-Y面)和建造面(X-Z面)显微组织特征。结果表明, 两种方法制备的316L不锈钢均主要由奥氏体相组成。与轧制合金相比, SLM制备的316L不锈钢有着更多的低角度晶界和亚晶界, 位错密度更大。其中, SLM成形316L不锈钢X-Y面存在平行于(110)方向上的织构, X-Z面存在平行于(001)方向上的织构。X-Y面上晶粒取向偏离(001)方向, 可能与重熔过程中复杂的热流有关; X-Z面在(001)方向上存在织构且在(001)的织构指数最大, 这是因为在SLM成形过程中, 晶体的生长方式与建造方向平行, 且晶粒沿着(001)方向散热最快, 因此晶粒沿(001)方向呈择优生长。

以激光选区熔化（SLM）技术制备的316L不锈钢为研究对象，重点研究了打印件组织的各向异性对耐蚀性能的影响。致密测试结果表明，打印件的体致密度为99.38%，接近锻压件（99.70%）。微观组织检测发现，打印件的微观组织在不同方向上存在明显的各向异性，XOY面中（101）取向的晶粒较多，而YOZ面中（111）取向的晶粒更多，这很好地解释了打印件中XOY面的耐蚀性能优于YOZ面的原因；打印件的平均晶粒尺寸（7.35 μm）比锻压件（50~100 μm）小一个数量级，这解释了打印件两个面的耐蚀性能均优于锻压件的原因。腐蚀后夹杂物形貌及能谱仪分析结果表明：打印件XOY面的夹杂物尺寸最小，YOZ面的稍大，夹杂物周边基体没有明显腐蚀；而锻压件中的夹杂物尺寸大，夹杂物周边基体严重腐蚀，夹杂物与基体间出现明显的腐蚀孔洞。

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征，基于扫描电镜和电子背散射衍射仪，分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发，从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变，厚度逐渐增大，组织呈现为分层的针状晶形态；对于晶体取向，切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部，前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起，后者的外延生长由熔体层流引起；母材中的γ相为等轴晶形态，δ相呈带状分布；重铸层中γ相的晶粒形态不规则，粗化至母材的2倍左右，而δ相则弥散分布，细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2；组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间，同时，熔体扰动促使δ相弥散分布。

采用光纤激光器对316L不锈钢表面进行熔凝处理，研究了熔凝层微观组织演变及其摩擦学性能。结果表明：通过激光熔凝可在316L不锈钢表面获得冶金质量良好、无孔隙裂纹、厚度为500 μm的熔凝层。与原始试样相比，激光熔凝处理使其表层从顶部至底部依次形成等轴晶、树枝晶与柱状晶的梯度细化组织，显微硬度提高约73.9%，摩擦因数降低约37.8%，磨损量降低约38.5%，磨损机制从磨粒磨损与黏着磨损转为轻微的磨粒磨损，表明其耐磨损性能经激光熔凝处理后得到明显提升。

在激光选区熔化（SLM）过程中，为了让零件拥有更好的成形质量，一般采用小层厚来进行打印，然而这会导致生产效率降低，不利于商业应用。为了解决激光选区熔化好的成形质量与高的生产效率相互矛盾的问题，通过优化工艺参数制备了不同铺粉厚度条件下的316L不锈钢试件。研究了不同铺粉厚度条件下工艺参数对致密度、粗糙度、力学性能和显微组织等的影响规律。对比三种铺粉厚度（30 μm、45 μm、60 μm）的成形情况可以发现：在优化后的工艺窗口条件下，铺粉厚度对SLM试样致密度的影响较小，不同铺粉厚度下致密度均能达到99.90%以上，且显微组织均未见明显缺陷。铺粉厚度主要影响试样的尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。随着铺粉厚度的增加，尺寸精度和粗糙度不断下降，抗拉强度逐渐提高，60 μm铺粉厚度较30 μm铺粉厚度成形效率提高了35.71%。