《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.02.04.003©北京科技大学2020 工程科学学报 DOI: 金属增材制造的微观组织特征对其抗腐蚀行为影 响的研究进展 李莹)，张百成12☒，曲选辉12) 1)北京材料基因工程高精尖创新中心，北京科技大学新材料技术研究院，北京1000832)现代交通 民料与加工技术北京实验室，北京 100083 ☒通信作者，E-mail:zhangbc(@ustb.edu.cn 摘要金属增材制造是增材制造技术中最重要的分支，其成形零复杂度高力学性能高于一般铸件，已经被广 泛应用于航天航空、医疗、能源等领域。在目前主流金属增材制造式程中一生要使用高能束熔化金属粉体，从而造 成极高的材料过冷度，虽然过冷细化晶粒与特殊析出相会提树料的力学性能，但是学术界与工业界对金属增材制 造制件在服役过程中的腐蚀性能仍然存在疑问，亟需关于高能凭金属增材制造制件的抗腐蚀性能系统性研究综述。 因此，本文就三种常用的金属增材制造技术，对目前金属增材制造工件的腐蚀性能相关研究进展进行总结和归纳， 深入研究了打印产品中的残余应力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为，分析了参数优化及热 处理工艺提高材料抗腐蚀性能的机理。最后对金属增材制造的抗腐蚀性能的改善手段进行了展望。 关键词：增材制造：抗腐蚀性能：微观结构：析出相：残余应力：各向异性：改善手段 分类号TG174.7 Research progress on microstructure characteristics and corrosion resistance of metal additive manufacturing LI Ying,ZH4 G Bai-cheng2回，QU Xuan-hui,2 1)Beijing Advanced innovation center for materials genome engineering,Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Laboratory of Metallic Materials and Processing for Modemn Transportation,Beijing 10008,China Corresponding author,E-mail:zhangbc@ustb.edu.cn ABSTRACT Additive manufacturing technology is a method of manufacturing parts that are stacked layer by layer through the principle of discrete-stacking,which is different from traditional subtractive manufacturing.Due to its advantages of short 收稿日期：2021-04-21 基金项目：国家自然科学基金(51901020)、山东省重大科技创新工程(2019JZZY010327)、航空科学基金 (201942074001)和中央高校基本科研(FRF-P-20-05)
工程科学学报 DOI: 金属增材制造的微观组织特征对其抗腐蚀行为影 响的研究进展1 李 莹 1)，张百成 1,2)，曲选辉 1,2) 1) 北京材料基因工程高精尖创新中心，北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083 2) 现代交通金属材料与加工技术北京实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: zhangbc@ustb.edu.cn 摘 要 金属增材制造是增材制造技术中最重要的分支，其成形零件复杂度高，力学性能高于一般铸件，已经被广 泛应用于航天航空、医疗、能源等领域。在目前主流金属增材制造过程中，主要使用高能束熔化金属粉体，从而造 成极高的材料过冷度，虽然过冷细化晶粒与特殊析出相会提高材料的力学性能，但是学术界与工业界对金属增材制 造制件在服役过程中的腐蚀性能仍然存在疑问，亟需关于高能束金属增材制造制件的抗腐蚀性能系统性研究综述。 因此，本文就三种常用的金属增材制造技术，对目前金属增材制造工件的腐蚀性能相关研究进展进行总结和归纳， 深入研究了打印产品中的残余应力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为，分析了参数优化及热 处理工艺提高材料抗腐蚀性能的机理。最后对金属增材制造的抗腐蚀性能的改善手段进行了展望。 关键词：增材制造；抗腐蚀性能；微观结构；析出相；残余应力；各向异性；改善手段 分类号 TG174.7 Research progress on microstructure characteristics and corrosion resistance of metal additive manufacturing LI Ying1) , ZHANG Bai-cheng1,2) , QU Xuan-hui1,2) 1) Beijing Advanced innovation center for materials genome engineering, Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Laboratory of Metallic Materials and Processing for Modern Transportation, Beijing 100083, China Corresponding author, E-mail: zhangbc@ustb.edu.cn ABSTRACT Additive manufacturing technology is a method of manufacturing parts that are stacked layer by layer through the principle of discrete-stacking, which is different from traditional subtractive manufacturing. Due to its advantages of short 1收稿日期:2021-04-21 基金项目: 国家自然科学基金 (51901020)、山东省重大科技创新工程(2019JZZY010327)、航空科学基金 (201942074001)和中央高校基本科研(FRF-IP-20-05) 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.04.003 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
process flow,high material utilization rate and highly flexible manufacturing,it has been widely concerned.Additive metal manufacturing is the most important branch of additive manufacturing technology,its forming parts have high complexity, showing excellent mechanical properties than ordinary castings,after more than 20 years of development,has been widely used in aerospace,medical,energy and other related fields.In the current mainstream metal material in the manufacturing process,the main use of high energy beam melting metal powders,resulting in extremely high material under cooling degree, while a cold fine grains meet special precipitation and increase mechanical properties of the material,but academia and industry to additive metal manufacturing parts of corrosion in the service process is still in doubt,The mechanism of corrosion effect of special microstructure and precipitation relative to materials in service process is unclear.It is urgent to review the systematic research on corrosion resistance of high-energy beam metal additive manufacturing parts.Corrosion resistance is also one of the key factors for metal additive manufacturing products to occupy a place in the market and should be paid attention to.Therefore,in this paper,three kinds of commonly used additive metal manufacturing technology, Therefore,this article summarizes and summarizes the current research progress on corrosion performance of metal additive manufacturing workpieces on three commonly used metal additive manufacturing technologies:laser melfing,electron beam melting,and directional metal deposition.The residual stress,grain size,precipitated and anisotropy affect the corrosion resistance behavior.The influence mechanism of parameter optimization t treatment process on the corrosion resistance of the material is analyzed.Finally,the anti-corrosion performance provement methods of metal additive manufacturing products are prospected. KEY WORDS:Additive manufacturing;Corrosion resistance;Microstructure Precipitated phase;Residual stress; Anisotropic;Means of improvement 引言 增材制造技术，又名3D打印技术，是通离散堆积原理逐层堆积实现零件的制造技术，区别 于传统减材制造。其主要过程是：将CAD模型离散化，获得模型的分层信息，对每个层面信息进 行路径规划并通过高能束、粘结等手段进行材料结合，一层制造结束后重复打印步骤，直至加工完 成-。近年来，增材制造技术发展日益迅速，其短工艺流程、高材料利用率、高度柔性制造等优 势使它受到强烈关注。金属增材制造在众多增材制造技术中发展最快，所占产值比例最高。目前较 为成熟的金属增材技术主要是通过高能束扫描熔化金属粉末进行治金结合，在高能束形成的微观熔 池中会形成极快的凝固速度/从而获得极细的微观组织结构及析出相。这在一定程度上增强了材料 的力学性能，与传统加的材料想比，增材制造金属制件具有更高的硬度、压缩屈服强度和断裂韧 性等。因此，金属增材制造经在众多产业领域取得了应用，如生物医学7如植入体、牙冠、 心脑血管支架等)所空航天、汽车和海洋工程等。 经过近20年的发展，关于金属增材制造技术的研究文献被大量发表，特别是金属增材制造制件 中的残余应)微观组织、析出相等对力学性能的影响及产生机理已经有了比较系统的理论分析。 但是，随着金属擅材制造应用的拓展，其抗腐蚀行为逐渐引起了学术界及工业界的关注。耐蚀性不 仅在传统行业中叶分重要，在人体移植的医疗行业中也不能忽视。众所周知，金属零件的腐蚀失效 危害巨大，例如：石油和天然气工业中管道的腐蚀失效引起爆炸、腐蚀导致的车辆的故障引起事故、 船舶在海水的侵蚀下报废、在医疗方面移植入人体的金属制品也会产生毒性。因此，应用于系 统关键链接或承力部分的增材制造打印产品，如果发生腐蚀失效，产生的后果也十分严重。所以， 3D打印产品的耐蚀性成为关注焦点，耐蚀性是否能与传统工件媲美也成为了3D打印产品将来是否 能在市场中占有一席之地的关键之一。对金属增材制造的抗腐蚀性能而言，其特殊的微观组织结构 及析出相在腐蚀过程的作用，与力学性能的提高机理不可同日而语，亟需进行系统的分析与归纳。 因此，本文对目前关于金属增材制造腐蚀行为的文献进行了总结，深入研究了打印材料中的残余应 力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为，分析了参数优化及热处理工艺对提高
process flow, high material utilization rate and highly flexible manufacturing, it has been widely concerned. Additive metal manufacturing is the most important branch of additive manufacturing technology, its forming parts have high complexity, showing excellent mechanical properties than ordinary castings, after more than 20 years of development, has been widely used in aerospace, medical, energy and other related fields. In the current mainstream metal material in the manufacturing process, the main use of high energy beam melting metal powders, resulting in extremely high material under cooling degree, while a cold fine grains meet special precipitation and increase mechanical properties of the material, but academia and industry to additive metal manufacturing parts of corrosion in the service process is still in doubt, The mechanism of corrosion effect of special microstructure and precipitation relative to materials in service process is unclear. It is urgent to review the systematic research on corrosion resistance of high-energy beam metal additive manufacturing parts. Corrosion resistance is also one of the key factors for metal additive manufacturing products to occupy a place in the market and should be paid attention to. Therefore, in this paper, three kinds of commonly used additive metal manufacturing technology, Therefore, this article summarizes and summarizes the current research progress on corrosion performance of metal additive manufacturing workpieces on three commonly used metal additive manufacturing technologies: laser melting, electron beam melting, and directional metal deposition. The residual stress, grain size, precipitated phase and anisotropy affect the corrosion resistance behavior. The influence mechanism of parameter optimization and heat treatment process on the corrosion resistance of the material is analyzed. Finally, the anti-corrosion performance improvement methods of metal additive manufacturing products are prospected. KEY WORDS: Additive manufacturing; Corrosion resistance; Microstructure; Precipitated phase; Residual stress; Anisotropic; Means of improvement 引言 增材制造技术，又名 3D 打印技术，是通过离散-堆积原理逐层堆积实现零件的制造技术，区别 于传统减材制造。其主要过程是：将 CAD 模型离散化，获得模型的分层信息，对每个层面信息进 行路径规划并通过高能束、粘结等手段进行材料结合，一层制造结束后重复打印步骤，直至加工完 成[1-2]。近年来，增材制造技术发展日益迅速，其短工艺流程、高材料利用率、高度柔性制造[3]等优 势使它受到强烈关注。金属增材制造在众多增材制造技术中发展最快，所占产值比例最高。目前较 为成熟的金属增材技术主要是通过高能束扫描熔化金属粉末进行冶金结合，在高能束形成的微观熔 池中会形成极快的凝固速度，从而获得极细的微观组织结构及析出相。这在一定程度上增强了材料 的力学性能，与传统加工的材料相比，增材制造金属制件具有更高的硬度、压缩屈服强度和断裂韧 性[4-6]等。因此，金属增材制造已经在众多产业领域取得了应用，如生物医学[7-9](如植入体、牙冠、 心脑血管支架等)、航空航天、汽车和海洋工程[10]等。 经过近 20 年的发展，关于金属增材制造技术的研究文献被大量发表，特别是金属增材制造制件 中的残余应力、微观组织、析出相等对力学性能的影响及产生机理已经有了比较系统的理论分析。 但是，随着金属增材制造应用的拓展，其抗腐蚀行为逐渐引起了学术界及工业界的关注。耐蚀性不 仅在传统行业中十分重要，在人体移植的医疗行业中也不能忽视。众所周知，金属零件的腐蚀失效 危害巨大，例如：石油和天然气工业中管道的腐蚀失效引起爆炸、腐蚀导致的车辆的故障引起事故 、 船舶在海水的侵蚀下报废、在医疗方面移植入人体的金属制品也会产生毒性[11-12]。因此，应用于系 统关键链接或承力部分的增材制造打印产品，如果发生腐蚀失效，产生的后果也十分严重。所以 ， 3D 打印产品的耐蚀性成为关注焦点，耐蚀性是否能与传统工件媲美也成为了 3D 打印产品将来是否 能在市场中占有一席之地的关键之一。对金属增材制造的抗腐蚀性能而言，其特殊的微观组织结构 及析出相在腐蚀过程的作用，与力学性能的提高机理不可同日而语，亟需进行系统的分析与归纳。 因此，本文对目前关于金属增材制造腐蚀行为的文献进行了总结，深入研究了打印材料中的残余应 力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为，分析了参数优化及热处理工艺对提高 录用稿件，非最终出版稿
材料抗腐蚀性能的机理。最后对金属增材制造的抗腐蚀性能的改善手段进行了展望。 1金属增材制造技术101公式章1节0212公式章（下一章）节1 目前市场上比较成熟的金属增材制造技术包括选择性激光熔化(SLM)、电子束熔融 (EBM)和定向能量沉积(DED)。这三项技术均可以利用金属粉末作为原始材料，高能束作为 材料结合手段，通过快速熔化快速冷却获得细微的组织晶粒，整体打印件的力学性能也高于传统制 件。 选择性激光熔化(SLM)以激光能量输入形式，过程可以分为三个不同的阶段，如图1所示。 先在工作台上铺粉，后沿着构建方向进行扫描形成一层，每一层由水平重叠的单个扫描轨迹堆叠组 成。最后下一层重复这个过程在这层上表面成形。这些是$LM的主要组成部分。整个过程都在惰 性气体的环境下进行，防止金属氧化。 Laser galvanometer Laser transmitter Inert current Forming chamber 目Spread powder system Recycling Metal powder powder tank Powder cylinder Part Basal plate Lifting screw 图1SLMX老家意图1 Fig.1 SLMprocess diagram 电子束熔融(EBM)技术的能量输入形武是通过电子束实现的，具体过程如图2所示。电子束 由位于真空腔顶部的电子束枪生成，高能电子束在真空传输的过程中受到电磁影响而控制其扫描路 径，在金属粉末表面产生热量熔化粉层。聚焦的电子束最初以约为10mm's的扫描速率和约30 mA的电子束电流进行预热，将粉末床预热到大约0.8Tm(Tm是熔化温度)。最终的熔体扫描速度 降低至102mm's,电子束电流也降张至10mA1。 录用稿 Filament Cathode Anode Focusing coil Deflection coil Electron beam Powder cylinder Vacuum chamber Workbench 图2EBM工艺示意图 Fig.2 EBM process diagram 定向能量沉积(DED)又名直接金属沉积(DLD)、激光辅助制造(LAAM)等7。如图3所 示，DED有三个子系统：包括一个聚焦热源（激光/电子束）、一个原料注射单元和一个可以运动
材料抗腐蚀性能的机理。最后对金属增材制造的抗腐蚀性能的改善手段进行了展望。 1 金属增材制造技术 101 公式章 1 节 0212 公式章 (下一章) 节 1 目前市场上比较成熟的金属增材制造技术包括选择性激光熔化（ SLM）、电子束熔融 （EBM）和定向能量沉积（DED）。这三项技术均可以利用金属粉末作为原始材料，高能束作为 材料结合手段，通过快速熔化快速冷却获得细微的组织晶粒，整体打印件的力学性能也高于传统制 件。 选择性激光熔化（SLM）以激光能量输入形式，过程可以分为三个不同的阶段，如图 1 所示。 先在工作台上铺粉，后沿着构建方向进行扫描形成一层，每一层由水平重叠的单个扫描轨迹堆叠组 成。最后下一层重复这个过程在这层上表面成形。这些是 SLM 的主要组成部分。整个过程都在惰 性气体的环境下进行，防止金属氧化。 图 1 SLM 工艺示意图[13] Fig.1 SLM process diagram 电子束熔融（EBM）技术的能量输入形式是通过电子束实现的，具体过程如图 2 所示。电子束 由位于真空腔顶部的电子束枪生成，高能电子束在真空传输的过程中受到电磁影响而控制其扫描路 径，在金属粉末表面产生热量熔化粉层[14]。聚焦的电子束最初以约为 104 mm·s-1的扫描速率和约 30 mA 的电子束电流进行预热，将粉末床预热到大约 0.8 Tm（Tm是熔化温度）。最终的熔体扫描速度 降低至 102 mm·s-1，电子束电流也降低至 10 mA[15]。 图 2 EBM 工艺示意图[16] Fig.2 EBM process diagram 定向能量沉积（DED）又名直接金属沉积（DLD）、激光辅助制造（LAAM）等[17]。如图 3 所 示，DED 有三个子系统：包括一个聚焦热源（激光/电子束）、一个原料注射单元和一个可以运动 录用稿件，非最终出版稿
的印刷床基底。激光/电子束首先在基底上形成一个小熔池，将原料（金属丝或粉末或两者的组合） 注入其中，导致熔池的体积和质量增加。对每一层重复该过程，通过计算机辅助设计文件提供几何 输入，可以获得所需的零件几何形状。DED还可以用于现有零件的修复，并制作成分材料分级 的产品。铺粉和激光加热几乎同时进行具有许多优势，在构建尺寸、材料选择和沉积速率方面有着 更高的灵活性。 Laser transmitter Laser beam Optical device Send powder Cladding layer Basal plate 版槁 图3DED工艺示意图20 Fig.3 DED process diagram 金属增材制造打印的组织具有自身独特的特点四，其晶粒尺寸远外于传统铸造、锻造件，合金 中各个元素的分布也更加均匀。在打印件截面形貌中，鱼鳞形态的熔池和熔池边界清晰可见，熔 池的几何形状和大小分布与打印旋转角度对应，在XY面和XZ面上会呈现各向异性。与熔池核心 相比，由于熔池之间的重合导致凝固速率更慢和、加热时间更长，熔池边界及其附近的区域晶粒形 状更加细长，如图4所示。另一方面，由于粉末原材料帅气体和熔化过程中滞留在熔池中的气体会 导致打印件中存在一定的孔隙。 图4SM制造的AISi10Mg样品扫描电镜图像P。(a、(b)和(c)为俯视图：(d、(e)和(D为侧视图： (b)和（©）显示了熔池中心的精细蜂窝状微结构：（©）和()显示了高放大率下熔池边界和周围区域的粗糙微结构 Fig.4 SEM image of AISil0Mg sample manufactured by SLM:(a),(b)and (c)top view,(d),(e)and (f)side view,(b)and (c)show the finecellular microstructure of the core (center)of the melt pool; (c)and (f)show the coarse microstructure of melt pool boundary and surrounding regions at high magnifications 2金属增材制造特性对腐蚀性能的影响313公式章（下一章）节1402公式章2节0 传统工艺的耐蚀性研究已经成熟。不论是腐蚀的机理、腐蚀发生的条件和如何应对腐蚀破坏， 针对这些问题各类研究都得出了相应的结论，还在此基础上己经发展了耐蚀合金。以前对于增材制 造的研究主要集中在结构设计与力学性能提高等方面，耐蚀性也是制件在使用过程中非常重要的性
的印刷床基底。激光/电子束首先在基底上形成一个小熔池，将原料 (金属丝或粉末或两者的组合) 注入其中，导致熔池的体积和质量增加。对每一层重复该过程，通过计算机辅助设计文件提供几何 输入，可以获得所需的零件几何形状[18]。DED 还可以用于现有零件的修复，并制作成分材料分级 的产品。铺粉和激光加热几乎同时进行具有许多优势，在构建尺寸、材料选择和沉积速率方面有着 更高的灵活性[19]。 图 3 DED 工艺示意图[20] . Fig.3 DED process diagram 金属增材制造打印的组织具有自身独特的特点[21]，其晶粒尺寸远小于传统铸造、锻造件，合金 中各个元素的分布也更加均匀[22]。在打印件截面形貌中，鱼鳞形态的熔池和熔池边界清晰可见，熔 池的几何形状和大小分布与打印旋转角度对应，在 XY 面和 XZ 面上会呈现各向异性。与熔池核心 相比，由于熔池之间的重合导致凝固速率更慢和、加热时间更长，熔池边界及其附近的区域晶粒形 状更加细长，如图 4 所示。另一方面，由于粉末原材料中气体和熔化过程中滞留在熔池中的气体会 导致打印件中存在一定的孔隙[4]。 图 4 SLM 制造的 AlSi10Mg 样品扫描电镜图像[21]。(a)、(b)和(c)为俯视图；(d)、(e)和(f)为侧视图； (b)和(c)显示了熔池中心的精细蜂窝状微结构；(c)和(f)显示了高放大率下熔池边界和周围区域的粗糙微结构 Fig.4 SEM image of AlSi10Mg sample manufactured by SLM: (a), (b) and (c) top view; (d), (e) and (f) side view; (b) and (c) show the finecellular microstructure of the core (center) of the melt pool; (c) and (f) show the coarse microstructure of melt pool boundary and surrounding regions at high magnifications 2 金属增材制造特性对腐蚀性能的影响 313 公式章 (下一章) 节 1402 公式章 2 节 0 传统工艺的耐蚀性研究已经成熟。不论是腐蚀的机理、腐蚀发生的条件和如何应对腐蚀破坏， 针对这些问题各类研究都得出了相应的结论，还在此基础上已经发展了耐蚀合金。以前对于增材制 造的研究主要集中在结构设计与力学性能提高等方面，耐蚀性也是制件在使用过程中非常重要的性 录用稿件，非最终出版稿
能，应当受到重视。在这部分内容中，作者将金属增材制造制件的主要特性包括残余应力、晶粒尺 寸、析出相及各向异性对腐蚀性能的影响分别加以论述。 2.1残余应力对腐蚀性能的影响51公式节（下一节）61公式节1 在金属增材制造工艺过程中，高能束形成的熔池具有极大的温度梯度，因此材料在冷却过程中 会表现出较高的残余应力。Peter Mercelis等P对SLM残余应力产生机理进行了研究，认为残余应 力来源主要有两个方面：粉末表面由于高能激光束照射而温度骤升加之传热速率低，底部限制温度 低又限制了顶部膨胀，在底部表现为压应力，顶部表现为拉应力，当其发生屈服时，顶部发生塑性 形变；同样，在冷却过程中，底部限制了顶部由于温度骤降而发生的收缩。由此产生了残余应力， 如图5所示。目前针对增材制造中残余应力的研究主要集中在通过打印参数优化和后处理以减小工 件的残余应力。众多的研究和文章2s2已经验证应力分布如图6所示，每一个新的层主要在张力 下沉积，迫使下面的材料压缩，层数的累积最终使下层的拉伸应力释放，并最终在下面的层中产生 压缩应力。零件底部与基板连接的约束导致在这个区域形成拉伸应力。 (a) Ecompressive Material expansion Etensile (b) Materia ontraction Etensile New layer -Underlying part 图5增材制造中应力和塑性变形发展的基本机制P乳。(@)升温过程：b)冷却过程 Fig.5 Basic mechanisms of stress and plastic deformation development during additive manufacturing (a)heating:(b)cooling 1500 1200 800 录用 edW/ssans uonoanp-X 400 0 -500 1.5mm 图6沿构建方向上的残余应力分布7 Fig.6 Residual stress distribution along the construction direction 对于传统制造工件，残余应力会一方面导致应力集中而使零件变形或开裂，从而降低零件的性 能。另一方面，在残余应力的作用下，晶粒取向差增大，晶格畸变增大，和腐蚀介质协同作用至 使应力腐蚀的发生Bo。在铸态Cu基Ni-Al合金的实验研究中，Yuting Lv等B1发现拉应力也可能 对腐蚀性能产生有利影响。虽然随着残余拉应力的增长，工件应力腐蚀的严重程度呈线性增长，但 在腐蚀的初期，受到拉应力的试样反而表现出较好的抗蚀性，这是由于在实验过程中施加的拉应力 产生的应变诱导了更多马氏体孪晶的出现，提高了钝化膜在再生速度。在另外一些研究中，施加残
能，应当受到重视。在这部分内容中，作者将金属增材制造制件的主要特性包括残余应力、晶粒尺 寸、析出相及各向异性对腐蚀性能的影响分别加以论述。 2.1 残余应力对腐蚀性能的影响 51 公式节 (下一节)61 公式节 1 在金属增材制造工艺过程中，高能束形成的熔池具有极大的温度梯度，因此材料在冷却过程中 会表现出较高的残余应力。Peter Mercelis 等[23]对 SLM 残余应力产生机理进行了研究，认为残余应 力来源主要有两个方面：粉末表面由于高能激光束照射而温度骤升加之传热速率低，底部限制温度 低又限制了顶部膨胀，在底部表现为压应力，顶部表现为拉应力，当其发生屈服时，顶部发生塑性 形变；同样，在冷却过程中，底部限制了顶部由于温度骤降而发生的收缩。由此产生了残余应力， 如图 5 所示。目前针对增材制造中残余应力的研究主要集中在通过打印参数优化和后处理以减小工 件的残余应力[24]。众多的研究和文章[25-28]已经验证应力分布如图 6 所示，每一个新的层主要在张力 下沉积，迫使下面的材料压缩，层数的累积最终使下层的拉伸应力释放，并最终在下面的层中产生 压缩应力。零件底部与基板连接的约束导致在这个区域形成拉伸应力。 图 5 增材制造中应力和塑性变形发展的基本机制[23]。(a)升温过程；(b)冷却过程 Fig.5 Basic mechanisms of stress and plastic deformation development during additive manufacturing: (a) heating; (b) cooling 图 6 沿构建方向上的残余应力分布[27] Fig.6 Residual stress distribution along the construction direction 对于传统制造工件，残余应力会一方面导致应力集中而使零件变形或开裂，从而降低零件的性 能[29]。另一方面，在残余应力的作用下，晶粒取向差增大，晶格畸变增大，和腐蚀介质协同作用至 使应力腐蚀的发生[30]。在铸态 Cu 基 Ni-Al 合金的实验研究中，Yuting Lv 等[31-32]发现拉应力也可能 对腐蚀性能产生有利影响。虽然随着残余拉应力的增长，工件应力腐蚀的严重程度呈线性增长，但 在腐蚀的初期，受到拉应力的试样反而表现出较好的抗蚀性，这是由于在实验过程中施加的拉应力 产生的应变诱导了更多马氏体孪晶的出现，提高了钝化膜在再生速度。在另外一些研究中，施加残 录用稿件，非最终出版稿