激光参数调控SLM-NiTi合金的微观组织与性能优化：面向高耐磨弹性材料的制备研究

研究人员针对SLM（选择性激光熔化）制备镍钛合金时工艺参数对性能的影响难题，系统探究了激光功率（100-140?W）与扫描速度（600-1200?mm/s）组合对微观结构、B2相稳定性及耐磨性的调控规律，发现120?W/900?mm/s参数下可获得兼具高硬度、优异弹性和耐磨性的合金，为医疗植入物和航空航天部件开发提供新思路。

　　

镍钛合金因其独特的形状记忆效应和超弹性在医疗器械、航空航天等领域具有广泛应用前景，但传统制备方法存在成分偏析、相变温度控制难等问题。选择性激光熔化(SLM)技术虽能实现复杂结构一体化成形，但激光参数对NiTi合金微观组织与性能的调控机制尚不明确，制约着其在高精度领域的应用。

长春理工大学机电工程学院Siyang Gao等研究人员在《Materials Advances》发表研究，通过设计激光功率（100?W、120?W、140?W）与扫描速度（600?mm/s、900?mm/s、1200?mm/s）的多参数组合实验，系统分析了SLM-NiTi的微观结构演变规律及其对力学性能的影响。研究采用X射线衍射(XRD)分析相组成，扫描电镜(SEM)观察熔池形貌，纳米压痕测试硬度和弹性模量，并通过往复摩擦试验评估耐磨性。

微观结构特征显示，120?W/900?mm/s参数下样品呈现均匀的等轴晶结构，激光能量密度过高（140?W）会导致B2（高温奥氏体相）晶粒粗化，而600?mm/s低速扫描则引发元素挥发引起的成分偏离。相变行为分析表明，中参数组合促进马氏体相变温度(M_s)稳定在65±2°C，优于其他组别的±8°C波动。力学性能测试证实该组别硬度达360?HV，弹性回复率超过90%，且磨损率较极端参数组降低42%。耐磨机制归因于表面形成的致密硬化层（厚度约15?μm）与B2相稳定性协同作用。

该研究首次建立SLM-NiTi"工艺-组织-性能"的定量关联模型，证实适度激光能量密度可抑制气孔缺陷（孔隙率<0.3%）并优化相组成。其重要意义在于为定制化NiTi医疗器械（如心血管支架、骨科植入物）的SLM成形提供精确参数窗口，同时提出的"硬化层-B2相协同强化"机制为开发新型耐磨弹性材料开辟新途径。研究还发现过高扫描速度（1200?mm/s）会导致未熔合缺陷，这对航空航天领域大尺寸构件成形具有警示价值。