激光选区熔化（Selective laser melting, SLM）是一种最有前景的金属增材制造技术，有望实现高性能复杂结构镁合金构件的制备以取代传统的铸造和塑性变形技术。目前镁合金的SLM研究主要针对商业化的铸造镁合金牌号（如AZ91D、AZ31B、ZK60和WE43等），但是这些合金牌号不一定适合SLM快速凝固非平衡工艺，因此需要开发SLM专用高性能镁合金成分。Mg-Gd系镁稀土合金是一类广泛报导的高强度铸造和变形镁合金，但是Mg-Gd系镁稀土合金的SLM制备还没有其他研究者报道。采用SLM来制备Mg-Gd系镁稀土合金能否获得高性能？此外，采用SLM制备高性能Mg-Gd系镁稀土合金有利于发挥中国的镁与稀土资源优势。
上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心的彭立明教授和吴玉娟副研究员（通讯作者）团队以Mg-11Gd-2Zn-0.4Zr (GZ112K, wt.%)为研究对象，通过工艺参数优化制备了致密度高达99.754%的样品，对SLM态GZ112K合金进行了详细的固溶和时效热处理工艺优化来进一步改善显微组织和提升力学性能。相比于其他SLM态镁合金和高强度铸造-T6态Mg-Gd系镁稀土合金，SLM态、SLM-T4态和SLM-T6态GZ112K合金的室温拉伸性能具有显著的优势：SLM态展现优异的强塑性协同作用，SLM-T4态的塑性最高，SLM-T6态的强度最高。上述成果以“Effect of heat treatment on microstructure evolution and mechanical properties of selective laser melted Mg-11Gd-2Zn-0.4Zr alloy”为题于2021年10月2日在Materials Science & Engineering A上在线发表。
彭立明
现任上海交通大学材料科学与工程学院特聘教授、博士生导师
轻合金精密成型国家工程研究中心常务副主任
金属基复合材料国家重点实验室副主任
中国材料学会镁及镁合金分会常务理事
中国铸造协会(AFC)压铸分会副事长
世界铸造组织压铸委员会（WFO-DC）主任委员
中国青年科技工作者协会委员
彭立明教授长期从事高强度铸造轻合金（镁合金/铝合金）材料研发与液态精密成型及特种加工技术研究，近年来还开拓了氢致变色镁基功能薄膜材料与器件、镁合金增材制造技术等新兴学科方向，并取得了诸多显著成果。
多年来高度重视产-学-研结合与科技成果转化，已将10余项镁、铝合金科研成果或专利在多家企业进行工程化或产业化，为企业创造经济效益超过1亿元。广泛开展国际科研合作，形成了良好的国际影响力，获得国家及省部级科研奖励12 项,发表SCI论文230篇(Scopus总他引超3600次，H index=32)，获得授权专利35项。
图文导读
图1 SLM态GZ112K合金的显微组织照片
合理的工艺参数使得SLM态孔隙率仅为0.246 ± 0.005%，SLM态GZ112K合金由细小的ɑ-Mg晶粒（平均晶粒尺寸为1.6 ± 0.5 μm）和网状β-(Mg,Zn)3Gd共晶相组成，硬脆共晶相的面积分数为4.86 ± 0.44%，因此有必要进行后续热处理来固溶硬脆共晶相和析出纳米级的时效相。
图2 不同温度下固溶1h的BSE-SEM照片
(a)300℃; (b)350℃; (c) 400℃; (d) 450℃; (e) 480℃; (f) 500℃; (g) 520℃
在一定的温度范围（400-480℃）内共晶相完全转变为晶界X相和晶内层片状LPSO结构，通过系统比较不同固溶温度和时间的显微组织和室温拉伸性能，400℃×12 h为SLM态GZ112K合金最佳的固溶工艺，既可以实现共晶相的完全转变（而铸态合金在该温度下无法实现共晶相的固溶），又避免了晶粒的过度长大（SLM-T4态的平均晶粒尺寸为3.1 ± 1.0 μm）。
图4 不同状态的SLM和铸造GZ112K合金的室温拉伸性能
不同状态的SLM制备的GZ112K合金相比于铸态合金强度和塑性同时显著提升，尤其是屈服强度明显高出很多。
图5 SLM制备的GZ112K合金与其他SLM态镁合金和高强度铸造-T6态Mg-Gd系镁稀土合金的室温拉伸性能对比
SLM制备的GZ112K合金的室温拉伸性能处于右上方，具有显著的优势。
上述研究表明采用激光选区熔化增材制造技术制备高强塑性Mg-Gd系镁稀土合金具有非常广阔的应用前景，针对SLM态独特的快速凝固非平衡组织需要专门开发后续热处理制度才能改善显微组织和力学性能。SLM加上合适的后续热处理工艺可以制备高性能复杂结构的镁合金，本文可以为增材制造制备镁合金构件奠定一定的理论基础和技术指导。
全文链接：
https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142139
本文由作者团队邓庆琛博士撰稿。
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