1　前言

CoCr合金目前已广泛应用于牙科领域作为假牙或人工假体，以替换缺失的牙齿组织。但是，处于口腔环境中的金属植入物会连续释放金属离子，会引起体液的毒性反应。通常，CoCrMo植入合金中形成的氧化膜越稳定，耐腐蚀性越好，植入合金中金属离子的释放也会少得多。目前，增材制造因其在牙种植体工业中的潜在应用而备受关注，以取代传统的铸造Co-Cr-Mo合金。可以减少耗时的铸造工艺，以获得更好的产品质量和尺寸精度。最近国内外相关的研究主要集中在使用激光进行材料表面改性，以确定现有抛光方法对3D打印部件内部结构的影响，这需要满足医疗应用中严格的表面要求。实际上，3D打印金属试样的表面粗糙度Ra一般都大于5μm，这对材料的耐腐蚀性能具有很大影响。但目前国际上在激光抛光对增材制造CoCr合金的表面组织和耐腐蚀性的影响上尚未得到彻底研究。

2　研究思路

本文作者研究了激光抛光对SLM 125 HL打印的CoCr合金试样表面组织和耐腐蚀性的影响，对70W光纤激光抛光前后CoCr合金打印件的腐蚀行为进行了表征。此外，还评估和研究了CoCr合金的耐腐蚀性，表面成分和晶体结构。采用电化学分析仪，扫描电子显微镜（SEM），能量色散X射线光谱（EDX），X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对样品的耐蚀性，微观形貌，组成，相变和晶体结构进行了表征。

3　图文导读

图 1：未抛光（a）和激光抛光后（b）CoCr打印件的表面轮廓图

图中直接打印的CoCr打印件的平均表面粗糙度约为5μm，最佳激光抛光后表面粗糙度约为0.45μm。

图二：激光前和抛光后CoCr合金的动态电位极化曲线

（a） 40%激光功率； （b） 100%激光功率。

图中可以看到未处理试样0#的Ec为0.36V，不同参数下激光抛光后的试样1#~6#分别为-0.31V，-0.33V，-0.49 V，-0.22V，-0.40V和-0.20V，其中4#和6#显示出最大的正电位，表明其化学反应中最不活泼，发生腐蚀的可能性最低。

图三：激光抛光后打印件未腐蚀（物距a 204 mm，b 206 mm，c 208 mm）和腐蚀后的SEM图像（d 204 mm，e 206 mm，f 208 mm），以及它们的局部放大图像（g，h，i）图3显示了100％激光功率和不同散焦距离下激光抛光CoCr合金在腐蚀前后的表面形貌。图中可以清楚地看到，由于激光扫描路径而在阴影边界处形成的点腐蚀，其点蚀尺寸取决于激光抛光中变化的工艺参数。文中指出不同的氧化物在扫描边界处有很高的点蚀概率，同时条纹会抑制腐蚀。但是，图3c中却发现有大量的大孔和凸起，导致难以形成氧化膜以保护内层，因此，导致3D打印的内部结构裸露出来，如图3i所示。

图四：40%激光功率抛光并腐蚀后合金的SEM图像（物距a 204 mm，b 206 mm，c 208 mm）；A区，B区，C区的局部放大图像（d，e，f）从图中可以发现，与100％激光功率不同，由于较低的激光功率，表面上仍可以发现许多未熔化的白色粉末颗粒，并且由于不完全的氧化膜，整个表面几乎被腐蚀。在图4d-e所示的 局部放大图像中可以观察到点蚀，这是因为低激光功率不能提供足够的能量来形成具有足够厚度的致密氧化膜，这导致氧化膜无法覆盖整个表面。

图五：CoCr打印件在未抛光（a）和激光抛光（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图像从图中可以发现，无论是使用高激光功率（100％）还是低激光功率 （40％），随着物距的增加，γ相的强度会逐渐增加，ε相的强度反而会减小。此外，随着物距的增加，在高激光功率下氧化物的量和种类都会发生减少。相反，氧化物的比例在低功率下却发生增加。

文中作者使用Debye-Scherer方程来计算晶粒尺寸，指出随着激光功率的增加，晶粒发生了细化，这不利于提高耐腐蚀性。由于在单相状态或合金化下晶粒发生细化后，会增加晶界，这很可能会导致较低的耐腐蚀性。

图六：腐蚀后CoCr合金表面的HRTEM图像及其相应的电子衍射图图中TEM结果证实了基质由铬在钴中的固溶体组成，具有堆垛层错和缺陷。ε相的（0002）平面和γ相的（111）平面，取向平行于样品表面，更容易成核，可以形成耐用且稳定的氧化物，除此之外，六边形密堆积（hcp）结构可以增强材料的耐腐蚀性。

4　总结及编者评述

本文研究了SLM打印的CoCr合金试样在不同激光抛光参数下抛光对CoCr打印件的显微组织、表面粗糙度、耐蚀性、电化学性能和相组织的影响。研究结果表明：

（1）激光抛光样品具有更高的耐腐蚀性，并且传统研究中报道的机加工品优异约30％。

（2）氧化物对激光抛光样品内部结构的抗蚀性起重要作用。

（3）抛光过程中最重要的工艺参数是激光功率和散焦距离，它们会显着影响抛光的效果和材料表面的电化学性能。

（4）通过有效地控制六方密堆积结构和形成的氧化物，激光抛光可以改善增材制造打印CoCr合金的表面粗糙度、显微组织和耐腐蚀性。

激光抛光的CoCr合金试样的耐蚀性得到了显着的改善，在口腔修复学中作为牙科植入物方面具有很大的应用潜力。