层间时间对激光粉末床熔融Co-Cr合金微观结构与力学性能的影响机制研究

本研究针对激光粉末床熔融(LPBF)技术中层间时间(ILT)参数对Co-Cr合金性能的影响机制展开探索。通过调控ILT(22/70/250秒)和热处理(1100°C/30分钟)，发现延长ILT会降低显微硬度和压缩屈服强度，且热处理后ILT仍显著影响相分布与晶粒形态。该研究为医疗/航天领域精密部件制造提供了关键工艺优化依据。

　　

在金属增材制造领域，激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion, LPBF)技术因其能制造复杂几何形状和高性能部件而备受关注。然而，这一过程涉及众多参数调控难题——其中层间时间(Interlayer Time, ILT)作为影响热历史的关键变量，其作用机制在Co-Cr合金体系中尚未明确。这种合金在医疗植入物和航空发动机部件中具有不可替代的价值，其性能高度依赖微观结构特征如γ-FCC(面心立方)与ε-HCP(六方密堆)相的平衡。现有研究多聚焦于不锈钢或钛合金的ILT效应，而对LPBF制备的Co-Cr合金这一重要工程材料，ILT如何通过冷却速率调控相变、残余应力和晶粒形态，进而决定力学性能的规律仍属空白。

为解决这一科学问题，锡瓦斯科学技术大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了创新性研究。他们通过改变单次生产中的样品数量(1/5/20个)实现ILT梯度调控(22/70/250秒)，结合1100°C热处理实验，系统揭示了ILT对Co-Cr-Mo ASTM F75合金微观结构演变和力学性能的作用规律。研究采用扫描电镜(SEM)观察熔池边界与枝晶结构，通过显微硬度和压缩测试量化力学性能，并分析热处理前后相组成变化。

Microstructural Observations from As-Built Specimens
SEM分析显示，原始样品呈现沿构建方向分布的熔池边界，高倍观察可见蜂窝状和柱状枝晶结构。随着ILT延长，冷却速率差异导致枝晶尺寸和相分布发生显著变化，22秒ILT样品显示出更细密的细胞结构。

Conclusions
研究发现：1）ILT增加会降低显微硬度和压缩屈服强度，最短ILT(22秒)样品表现出最优力学性能；2）热处理使所有样品屈服强度和硬度普遍降低，但ILT的影响仍持续存在；3）性能变化与冷却速率调控的相分布、残余应力、细胞尺寸和晶粒形态直接相关。这些发现证实ILT通过改变热历史持续影响材料性能，为医疗植入物和航空部件的LPBF工艺优化提供了理论依据——短ILT适合需要高强度的场景，而长ILT有助于减少残余应力。研究还创新性地证明，即使经过高温热处理，ILT诱导的微观结构差异仍会保留，这对后处理工艺设计具有重要指导价值。