软磁材料及磁屏蔽结构广泛应用于动力工程、航空航天、核电、微电子等工业产品领域,根据工程需要和产品设计要求,复杂的三维异形磁屏蔽结构具有重要甚至特殊的应用背景。与传统制造或加工方法相比,增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等优点,为实现轻量化、功能型、复杂结构金属构件的“设计-制造一体化”和“结构功能一体化”提供了新思路。面向软磁合金复杂磁屏蔽结构的增材制造与轻量化工程需求,本文基于激光选区熔化(SLM)技术,针对1J85软磁合金的SLM增材制造工艺、组织、力学性能、磁性能及结构轻量化设计展开实验性研究,主要研究内容和关键性结论包括:(1)工艺优化方面:利用3D打印专用的气雾化1J85软磁合金粉体SLM制备块体试样,通过研究不同激光功率、扫描速度及扫描间距条件下试样致密度和表面粗糙度的变化规律及影响机理,建立了 SLM优化工艺窗口,并采用优化的工艺参数制备了航天陀螺仪磁屏蔽结构。研究表明,在较高激光扫描速度条件下增加激光功率有利于1J85合金SLM成形致密度的提升,同时,激光功率的增加导致成形表面粗糙度呈先降后升的趋势;综合虑及样品致密度和表面粗糙度,可用于磁屏蔽结构增材制造的1J85合金SLM优化参数确定为:激光功率(P)200 W、扫描速度(v)400mm/s、扫描间距(h)80μm、铺粉层厚(t)35μm。(2)组织性能方面:通过OM、XRD、FE-SEM、EDS和EBSD等材料学表征手段分析了退火前后1J85软磁合金的微观结构(元素组成及分布、熔池形貌、物相、晶粒尺寸及取向、晶界特征等),讨论了组织演变对机械性能和磁性能的影响。分析表明,SLM成形的1J85合金存在典型的多级微结构,包括共存的枝状晶和等轴晶、微米级和亚微米级胞状亚结构等;而退火后力学性能各向异性的改善主要归因于微观结构的均质化;SLM成形后的软磁性(饱和磁化强度60～64emu/g,矫顽力2.5 Oe)经退火处理可进一步提升(饱和磁化强度78 emu/g,矫顽力1.5 Oe),这得益于退火引起的残余应力释放、粗化晶粒比例的增加、小角度晶界密度的降低、亚结构胞壁的消除、化学成分趋于均匀化分布等;由于不同方向的晶界密度和晶界排列特征对磁畴壁移动的阻碍作用,退火后磁性的各向异性虽有所改观但仍然存在。(3)轻量化薄壁结构方面:SLM增材制造了具有不同水平夹角和壁厚特征的薄壁结构及蜂巢薄壁结构,对比分析了不同结构特征薄壁结构的SLM成形性、微观结构及成形机理、拉伸性能,通过数值模拟和实验验证研究了蜂巢薄壁结构的压缩性能,可为设计轻量化结构填充的3D打印航天陀螺仪磁屏蔽结构提供技术支撑。结果表明,薄壁结构的致密度随生长角度的增加呈下降趋势,与块体试样相比,致密度、表面粗糙度对SLM成形薄壁结构的力学性能影响更显著;随着生长角度的增加,蜂巢薄壁结构抗压性能逐渐提升,应力集中的元胞夹角处是整体结构失效的主要起始位置;压缩过程实验验证与数值模拟结果的差异表明,提升SLM增材制造蜂巢薄壁结构的成形质量(表面粗糙度、微观成形缺陷等)对满足轻量化磁屏蔽结构的机械性能服役要求至为关键。本研究可为推动软磁合金及复杂磁屏蔽结构的“结构-功能一体化”和“设计-制造一体化”增材制造技术在动力机电装备、核电设备、航空及航天装备等重要领域的应用提供支持。