镁科研前沿动态：镁合金增材制造的最新进展

然而，迄今为止，AM-Mg合金领域的研究一直受到限制。这可能部分是由于镁（在大气条件下）的反应性质，除了有关镁粉的氧化，蒸发和处理的其他问题外，还引起了健康和安全问题。然而，正如自2010年以来的研究成果所指出的那样，LPBF过程中的风险控制已经显示出巨大的成功，允许基于Mg粉末的添加剂方法被常规和可重复地用于安全地制造不同成分的Mg合金。

时间轴显示了基于粉末的AM-Mg研究和开发的历史背景

近日，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队在镁稀土合金电弧增材制造方面取得重要研究进展。

在该研究中，吴国华教授团队创新地采用了电弧熔丝增材制造（WAAM）技术实现了Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金的制备，并首次报道了电弧熔丝增材镁稀土合金的组织不均匀性及其形成机制。研究表明，由于交流电弧独特的阴极清理效应以及合金丝材较低的比表面积，WAAM工艺所制备的镁稀土合金中并未发现明显的氧化夹杂缺陷。另一方面，相比较于LPBF工艺而言，WAAM较大的热输入使得熔池的冷却速度较小，能有效降低合金凝固时的收缩应力，抑制裂纹萌生。

该研究通过对沉积层不同高度的显微组织进行表征，揭示了Mg-Y-RE-Zr合金在电弧熔丝增材制造过程中的组织演变机制。实验结果表明，随着沉积高度的不断提高，沉积层的冷却速度逐渐降低，导致了沉积层晶粒尺寸沿高度方向逐渐粗化。此外，电弧加热导致的多重热循环会对已沉积层形成“原位固溶”和“原位时效”的效果。沉积层底部的共晶组织在多重热循环的作用下首先发生溶解，随后稀土元素又在多重热循环的作用下下沉淀析出，在晶界和晶内形成了弥散分布的β’和β1相。沉积层顶端组织主要由粗大的α-Mg枝晶和连续粗大的共晶组织组成，并未发现稀土沉淀相的存在。由于WAAM工艺制备的Mg-Y-RE-Zr合金中存在明显的组织不均匀性，其在沉积高度方向上的力学性能也存在显著差异。该研究首次报道了镁稀土合金电弧熔丝增材的相关研究，为高性能镁稀土合金的增材制造技术开辟了新视野。