增材制造（AM）技术目前正在迅速发展，通常用于制造具备高度设计自由度的实体零部件。AM技术以其工艺简化和材料利用率的提高而脱颖而出，这是传统制造工艺，如铸造、锻造和粉末冶金所无法企及的。在各种AM技术中，激光粉末床熔融（L-PBF）通常被用于金属零部件的制造。 马氏体不锈钢（SS）是一种具备优异的强度和耐腐蚀性的合金钢，是当今工业中广泛使用的材料之一。AISI 420 SS，作为一种典型的马氏体不锈钢，在L-PBF制造领域受到了广泛的研究和关注。
对于通过L-PBF制备的AISI 420 SS来说，其耐腐蚀性是一个至关重要的性能指标。在本研究中，采用了特定的工艺参数（包括激光功率140 W、扫描速度550 mm/s、光斑尺寸80 μm和层厚50 μm），来制备AISI 420 SS。所得试样的孔隙率为0.42%，未熔合孔隙（LOF）的平均尺寸为18 μm，元素C和Cr的烧蚀率分别约为35.9%和18.0%。本研究对比分析了L-PBF试样和铸造试样的耐蚀性能。尽管L-PBF试样表现出卓越的机械性能，但其耐蚀性较低，无法形成钝化区域。这一现象的主要原因是LOF孔隙和激光增材制造过程中元素的烧蚀。 
图2. L-PBF试样的SEM图像和高分辨率EPMA图
在研究中观察到了两种不同的腐蚀机制。LOF孔隙对点蚀腐蚀更为敏感，导致了较大的点蚀坑，直径约为100 μm。相反，没有LOF孔隙的区域显示出较小的点蚀成核，尺寸小于2 μm。无LOF孔隙区域中较高的Cr/C含量比提供了更好的保护，从而防止了这些区域中较大点蚀坑的形成。总的来说，研究发现尽管L-PBF制备的AISI 420 SS试样具有出色的机械性能，但其耐蚀性受到了LOF孔隙和元素烧蚀的影响。深入了解这些腐蚀机制有助于提高L-PBF制造的不锈钢零部件的耐蚀性能。 武汉理工大学朱晓萌副教授团队的这项研究成果已发表在《Electrochimica Acta》期刊上，题为《Influence of intrinsic manufacturing defects on corrosion behavior of AISI 420 stainless steel fabricated by laser powder bed fusion》。
图3. 试样的动电位极化曲线、腐蚀电位（E.） 和腐蚀电流密度（i.）
图4. L-PBF制备的AISI 420 SS点蚀机理示意图
在该研究中，对L-PBF制造的420不锈钢的腐蚀行为进行了系统研究，并与铸造420不锈钢进行了比较。对L-PBF试样的显微组织、微观形貌、物相和元素分布进行了分析，以阐明影响L-PBF试样耐腐蚀性能的因素。得出以下结论： 1. L-PBF工艺固有的快速加热和冷却速率导致了各种缺陷。样品表现出均匀分布的LOF孔隙，尺寸约为30μm。在样品表面还观察到Cr和Fe元素的周期性分布，这可能会损害钝化膜的均匀性。此外，还发现了尺寸约为100nm的M7C3碳化物，由于C元素的烧蚀，观察到的碳化物较少（~35.9%）。 2. PDP和EIS测试结果表明，L-PBF样品的耐腐蚀性较差，原因是缺少LOF孔隙和Cr烧蚀造成的钝化区(∼18.0%)。L-PBF样品表现出较低的腐蚀电位、较高的腐蚀电流密度、较小的电容环半径和极化电阻。MnS的存在对L-420-Q的耐腐蚀性产生不利影响。相反，钝化区的形成显着增强了耐腐蚀性。此外，EIS测试结果表明，L-420样品具有最厚的钝化膜（~3.5nm），这与高Cr/C含量（~45.6）和其表面存在压应力层有关。 3. L-PBF制造的样品中的点蚀优先在LOF孔隙处开始。LOF孔在确定点蚀坑的尺寸和形态方面发挥着重要作用。点蚀坑的扩展速率与LOF孔的大小直接相关，并且扩展只能从孔内部发生，而不能沿着表面发生。最终，点蚀坑的中空表面在应力作用下破裂，形成独特的形态。此外，碳化物、MnS、未熔粉末以及元素分布不均加剧了点蚀，导致了点蚀坑形态的多样性。 4. 在无缺陷区域，高Cr/C含量和压应力下的腐蚀过程导致形成点蚀形核而不是点蚀坑。某些元素的分布会影响点蚀形核的形成和生长过程。在点蚀形核产生的初始阶段，其生长是由碳化物附近的基体腐蚀和MnO的形成驱动的，其特点是贫C、富Mn。随着点蚀形核的扩大，MnS的溶解主导了其生长，而Cr2O3钝化膜则破裂。同时，点蚀形核的特征是由基体中残留的碳化物和S析出物产生的富C、贫Mn、贫Cr和富S。 
