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镁及镁合金由于比强度高,密度和模量与人体自然骨非常接近,摄入人体后可通过新陈代谢自然降解等优势,比传统金属材料更加适合作为骨植入材料。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种以高能激光束为热源,通过选择区域层层熔化微细金属粉末成形近全致密复杂零部件的增材制造技术。SLM工艺成形精度高、周期短,特别适合个性化定制医用人工骨骼植入体。目前,针对SLM成形不锈钢、钛及其合金、钴铬合金等生物医学金属的研究较多,涉及镁及其合金的SLM成形研究较少。为此,本文以纯镁和以Mg、Zn、Zr为组分的ZK61镁合金为原材料探索其SLM成形的工艺条件,并详细研究了SLM试样的物相组织和力学性能。主要研究工作和结论总结如下:(1)研究了SLM成形纯镁和ZK61镁合金的工艺条件和激光参数。纯镁的SLM成形工艺窗口为:激光功率80 W-140 W,扫描速度100 mm/s-500 mm/s,填充间距70μm,分层厚度40μm,在该窗口下,纯镁单层熔覆形貌良好,搭接连续平滑且无微裂纹出现。SLM成形ZK61镁合金时须采用成分相近的镁合金基板,由于激光熔化的金属液与基板良好润湿,界面无脆相和夹杂产生,从而良好地避免了过度飞溅和翘曲开裂的现象。SLM成形过程中基板预热能使试样均匀散热,有效改善成形面平整度,有利于顺利完成加工。ZK61镁合金SLM工艺成形参数窗口为:激光功率50 W-80 W,扫描速度100 mm/s-200 mm/s,填充间距60μm,分层厚度40μm。由于ZK61合金沸点低,密度小,激光能量密度过大容易导致金属液烧蚀过度,扫描速度过大容易造成粉末反冲挥发严重,两者均会导致球化现象。最优工艺参数(激光功率60 W,扫描速度100 mm/s,填充间距60μm,分层厚度40μm)下成形试样致密度达最高,为99.27%,成形试样表面微孔和微裂纹等缺陷均得到极大改善。(2)研究了SLM成形ZK61镁合金的物相组成、微观组织和力学性能。由于极大温度梯度和冷却速率的影响,SLM成形的ZK61镁合金其晶粒尺寸较同质铸造合金减小了约25倍,极短的结晶过程,溶质来不及再分配,因而凝固后产生了接近原始组元成分比的新相β’(Mg0.97Zn0.03),替代传统铸造ZK61镁合金中的β相。另外在细晶强化和β脆硬相缺失的综合影响下,SLM态ZK61合金的显微硬度达93±10 HV,比铸态高出了32%,比轧制态高出了29%。与轧制态试样在受压时呈45°剪切失效不同,SLM成形的ZK61镁合金内少量的微孔和微裂纹受载逐渐扩展,最终呈混合型断裂。合金抗压强度达286 MPa,与铸造水平相当;弹性模量为4.8 GPa,满足骨植入材料力学性能要求。