1　前言

CoCr合金目前已廣泛應用于牙科領域作為假牙或人工假體，以替換缺失的牙齒組織。但是，處于口腔環境中的金屬植入物會連續釋放金屬離子，會引起體液的毒性反應。通常，CoCrMo植入合金中形成的氧化膜越穩定，耐腐蝕性越好，植入合金中金屬離子的釋放也會少得多。目前，增材制造因其在牙種植體工業中的潛在應用而備受關注，以取代傳統的鑄造Co-Cr-Mo合金。可以減少耗時的鑄造工藝，以獲得更好的產品質量和尺寸精度。最近國內外相關的研究主要集中在使用激光進行材料表面改性，以確定現有拋光方法對3D打印部件內部結構的影響，這需要滿足醫療應用中嚴格的表面要求。實際上，3D打印金屬試樣的表面粗糙度Ra一般都大于5μm，這對材料的耐腐蝕性能具有很大影響。但目前國際上在激光拋光對增材制造CoCr合金的表面組織和耐腐蝕性的影響上尚未得到徹底研究。

2　研究思路

本文作者研究了激光拋光對SLM 125 HL打印的CoCr合金試樣表面組織和耐腐蝕性的影響，對70W光纖激光拋光前后CoCr合金打印件的腐蝕行為進行了表征。此外，還評估和研究了CoCr合金的耐腐蝕性，表面成分和晶體結構。采用電化學分析儀，掃描電子顯微鏡（SEM），能量色散X射線光譜（EDX），X射線衍射（XRD）和透射電子顯微鏡（TEM）對樣品的耐蝕性，微觀形貌，組成，相變和晶體結構進行了表征。

3　圖文導讀

圖 1：未拋光（a）和激光拋光后（b）CoCr打印件的表面輪廓圖

圖中直接打印的CoCr打印件的平均表面粗糙度約為5μm，最佳激光拋光后表面粗糙度約為0.45μm。

圖二：激光前和拋光后CoCr合金的動態電位極化曲線

（a） 40%激光功率； （b） 100%激光功率。

圖中可以看到未處理試樣0#的Ec為0.36V，不同參數下激光拋光后的試樣1#~6#分別為-0.31V，-0.33V，-0.49 V，-0.22V，-0.40V和-0.20V，其中4#和6#顯示出最大的正電位，表明其化學反應中最不活潑，發生腐蝕的可能性最低。

圖三：激光拋光后打印件未腐蝕（物距a 204 mm，b 206 mm，c 208 mm）和腐蝕后的SEM圖像（d 204 mm，e 206 mm，f 208 mm），以及它們的局部放大圖像（g，h，i）圖3顯示了100％激光功率和不同散焦距離下激光拋光CoCr合金在腐蝕前后的表面形貌。圖中可以清楚地看到，由于激光掃描路徑而在陰影邊界處形成的點腐蝕，其點蝕尺寸取決于激光拋光中變化的工藝參數。文中指出不同的氧化物在掃描邊界處有很高的點蝕概率，同時條紋會抑制腐蝕。但是，圖3c中卻發現有大量的大孔和凸起，導致難以形成氧化膜以保護內層，因此，導致3D打印的內部結構裸露出來，如圖3i所示。

圖四：40%激光功率拋光并腐蝕后合金的SEM圖像（物距a 204 mm，b 206 mm，c 208 mm）；A區，B區，C區的局部放大圖像（d，e，f）從圖中可以發現，與100％激光功率不同，由于較低的激光功率，表面上仍可以發現許多未熔化的白色粉末顆粒，并且由于不完全的氧化膜，整個表面幾乎被腐蝕。在圖4d-e所示的 局部放大圖像中可以觀察到點蝕，這是因為低激光功率不能提供足夠的能量來形成具有足夠厚度的致密氧化膜，這導致氧化膜無法覆蓋整個表面。

圖五：CoCr打印件在未拋光（a）和激光拋光（b 40％204 mm，c 40％206 mm，d 40％208 mm，e 100％204 mm，f 100％206 mm，g 100％208 mm）后的XRD圖像從圖中可以發現，無論是使用高激光功率（100％）還是低激光功率 （40％），隨著物距的增加，γ相的強度會逐漸增加，ε相的強度反而會減小。此外，隨著物距的增加，在高激光功率下氧化物的量和種類都會發生減少。相反，氧化物的比例在低功率下卻發生增加。

文中作者使用Debye-Scherer方程來計算晶粒尺寸，指出隨著激光功率的增加，晶粒發生了細化，這不利于提高耐腐蝕性。由于在單相狀態或合金化下晶粒發生細化后，會增加晶界，這很可能會導致較低的耐腐蝕性。

圖六：腐蝕后CoCr合金表面的HRTEM圖像及其相應的電子衍射圖圖中TEM結果證實了基質由鉻在鈷中的固溶體組成，具有堆垛層錯和缺陷。ε相的（0002）平面和γ相的（111）平面，取向平行于樣品表面，更容易成核，可以形成耐用且穩定的氧化物，除此之外，六邊形密堆積（hcp）結構可以增強材料的耐腐蝕性。

4　總結及編者評述

本文研究了SLM打印的CoCr合金試樣在不同激光拋光參數下拋光對CoCr打印件的顯微組織、表面粗糙度、耐蝕性、電化學性能和相組織的影響。研究結果表明：

（1）激光拋光樣品具有更高的耐腐蝕性，并且傳統研究中報道的機加工品優異約30％。

（2）氧化物對激光拋光樣品內部結構的抗蝕性起重要作用。

（3）拋光過程中最重要的工藝參數是激光功率和散焦距離，它們會顯著影響拋光的效果和材料表面的電化學性能。

（4）通過有效地控制六方密堆積結構和形成的氧化物，激光拋光可以改善增材制造打印CoCr合金的表面粗糙度、顯微組織和耐腐蝕性。

激光拋光的CoCr合金試樣的耐蝕性得到了顯著的改善，在口腔修復學中作為牙科植入物方面具有很大的應用潛力。