微流道换热器具有体积小、换热效率高、结构紧凑等特点被大量应用于海上石油平台、氢燃料电池、舰船和航空航天等领域的热交换系统。目前微流道换热器热交换芯体部分多采用电化学腐蚀刻槽加扩散焊接工艺制造。该工艺存在加工效率低、污染环境和流道结构单一等问题。激光选区熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)增材制造技术可以实现复杂结构内孔流道的快捷、高效制造,为微流道换热器件提供了一个崭新的制造方法。但与传统机械和电化学加工相比,SLM成型流道内孔表面粗糙度以及尺寸精度相对较差,影响了热交换介质流动性,甚至出现紊流和空洞效应,从而降低换热效率。此外,SLM成型过程中孔隙等缺陷将影响其承载能力。这些关键问题的存在严重制约了SLM技术在微流道换热器件制造领域的应用。针对上述科学问题,论文开展了SLM增材制造成型整体的宏观尺寸精度,表面粗糙度、SLM成型件微观组织与性能分析、微流道内孔成型精度调控以及磨粒流抛光研究,取得如下研究成果:(1)基于离散元方法(DEM)建立了SLM成型过程中介观尺度模型,采用流体体积法(VOF)与光线追踪法对SLM成型过程中熔池形态进行动态追踪。将仿真结果与单道成型实验对比分析,验证了模型的准确性。研究了激光功率、扫描速度及扫描间距对SLM成型表面质量的影响,获得优化工艺参数区间。基于模拟结果采用响应面优化法分析了工艺参数对X方向、Y方向尺寸误差以及上表面粗糙度的影响,并根据优化的结果进行验证。(2)激光选区熔化成型316L不锈钢的晶粒以柱状晶外延生长方式存在,晶粒内具有特殊亚结构,采用凝固理论和温度场分析亚微结构形成机理,研究发现,熔池边缘较大的温度梯度与较快的凝固速率是亚结构的主要成因。SLM成型过程中的孔隙分成两类,一类是不规则形状的冶金气孔,它是由能量输入不足与工艺方案不合理导致;另一类是球形气孔,它是由匙孔周期性闭合以及保护气体卷入熔池中来不及溢出导致,并采用数值模拟的方法分析气孔的形成机制。SLM成型试样的致密度与体能量密度相关联,体能量密度在100J/mm~3～120J/mm~3之间时,SLM成型试样的平均致密度大于99.73%。(3)SLM成型件的平均拉伸强度高于热轧板材,在拉伸变形过程中变形孪晶的产生使SLM成型316L不锈钢具有良好的塑性。气孔缺陷的存在使得SLM成型316L不锈钢的冲击强度弱于普通热轧板材。不同表面状态的SLM成型316L不锈钢试样件在3.5%NaCl溶液中的腐蚀类型不同,未抛光试样的腐蚀类型主要为熔合线与球化金属球周围的点蚀,而抛光试样最先在孔隙内产生点蚀与局部腐蚀,然后向周边扩散。(4)为了提高微流道换热器件流道内孔SLM成型精度,首先研究倾斜角度对不同壁厚微流道内孔成型能力的影响,发现水平孔成型质量较差。根据流道水平孔成型特征,将其成型区域分为悬垂区和台阶区。研究水平孔顶部挂渣形成机理,在悬垂区采用降低能量输入的方法改善挂渣现象,分析激光功率、扫描速度、扫描间距对悬垂区成型的影响,得到优化结果。将SLM成型试样台阶区表面质量影响因素分为飞溅、粉末粘附和球化三大类,并分析其产生机理。依据台阶区的成型特征,采用数值模拟的方法研究线能量输入、扫描间距和底面状态对熔道表面质量的影响。根据内孔悬垂区和台阶区的仿真优化结果进行实体生成,发现水平孔的成型精度提高近一倍,顶部挂渣现象较少。(5)针对SLM成型流道内孔表面粗糙度相对较差的情况,研究了复杂结构内孔流道磨粒流抛光机理,采用磨粒流抛光技术对SLM成型流道进行抛光。首先采用Fluent软件中离散模型模拟不同入口条件下磨粒在流道内分布状态和壁面冲蚀状态,结果表明,冲蚀最严重的区域发生在流道入口截面变小以及拐弯处。由于磨粒流抛光过程中存在材料去除不一致的问题,采用声场耦合模型将超声激振与磨粒流抛光技术相结合,利用动网格技术模拟对流道壁面实现超声振动。分析结果表明施加流道壁面的超声激振可以引起压力波和空化效应,从而达到提高流道内部湍动能。通过实验发现随着抛光时间的增加,内孔壁面粗糙度逐渐降低,但流道内孔壁面存在欠抛和过抛现象,施加在SLM成型试样表面的超声激振可以实现一致的材料去除率,增加抛光质量,这与仿真结果相符合。