稀土鎂合金是一種具有較高強度和耐腐蝕性能的輕質(zhì)合金材料，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶等領(lǐng)域。在大型復(fù)雜主承力鑄件領(lǐng)域，稀土鎂合金具備高強度、低密度、優(yōu)良的機械性能和耐腐蝕性能等特點，因而被視為替代重型鋼的理想材料。
稀土鎂合金在大型復(fù)雜主承力鑄件的應(yīng)用中面臨一系列的挑戰(zhàn)。，稀土鎂合金具有較高的生產(chǎn)成本，由于稀土元素價格較高且加工難度大，導(dǎo)致合金的成本較高。其次，稀土鎂合金的熱加工性能較差，容易出現(xiàn)熱裂紋和韌性下降等問題，使得加工過程困難重重。此外，稀土鎂合金在高溫和濕熱環(huán)境中存在著較大的腐蝕問題，限制了其在特殊環(huán)境下的應(yīng)用。
以稀土鎂合金為研究對象，在大型航天艙體鑄件砂型鑄造慢速冷卻的條件下，優(yōu)化得到了具備低離異共晶相比例和較強時效強化作用的合金成分，有效解決了大型鑄件因冷速慢、共晶相粗大造成的固溶態(tài)晶粒粗大、本體脆化的問題，實現(xiàn)了大型鑄件的低成本。
鎂是輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，其密度分別比鋁、鈦和鐵輕 33%、61% 和 77%。鎂合金具有比強度和剛度高、阻尼性能好、電磁屏蔽性能優(yōu)良、生物相容性和生物降解性等優(yōu)點，被譽為21世紀綠色工程材料之一。隨著航空、航天、汽車等行業(yè)對節(jié)能減排的要求不斷提高，同時考慮到對材料性能的要求，鎂及其合金在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都得到了廣泛的研究. 然而，鎂的密排六方 (HCP) 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在室溫下的伸長率低且加工性能差。這些固有的特性地限制了它的應(yīng)用范圍。因此，當前的緊迫挑戰(zhàn)是探索的制造工藝來制造具有改進的機械性能和復(fù)雜幾何形狀的鎂合金。
關(guān)于SLM制備純Mg、AZ系、ZK系、WE系、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Ca系和Mg -Gd系鎂合金的報道與Al、Ti或Fe合金相比是非常有限的。目前，大部分研究都集中在參數(shù)優(yōu)化、后處理以及納米粒子或元素添加對微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。工藝參數(shù)對SLM制備ZK系鎂合金微觀結(jié)構(gòu)、機械性能、生物相容性和生物降解的影響已經(jīng)得到了詳細的研究。 據(jù)稱，通過 SLM 制備的 ZK 系列鎂合金具有良好的力學(xué)性能、良好的生物相容性和相對較低的降解率，這使得該類合金在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有廣闊的前景。高成本的 WE 系鎂合金包含稀土 (RE) 元素，它們表現(xiàn)出的生物相容性。值得一提的是，由 SLM 制備的 WE 系列鎂合金也表現(xiàn)出的力學(xué)性能完整性，這歸因于鎂基體中的細晶結(jié)構(gòu)和均勻分布的第二相顆粒，以及那些釘扎在晶界處的顆粒。近，許多研究人員通過攪拌摩擦加工和熱處理等后處理改變了 Mg-Gd 系鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)，使強度顯著增加，但延伸率隨之降低。一些研究人員使用 SLM 在廣泛的加工參數(shù)范圍內(nèi)研究了激光能量輸入對 AZ91D 鎂合金的成形性、致密化、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，并建立了適當?shù)?SLM 加工圖。此外還有通過添加碳納米管來改變微觀結(jié)構(gòu)演變和細化 SLM制備AZ31B 鎂合金的晶粒。然而，實驗結(jié)果表明，由于致密化的急劇惡化，納米粒子的添加提高了強度，同時削弱了韌性。AZ 系列鎂合金由于其合金元素的經(jīng)濟優(yōu)勢而在工業(yè)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。然而，迄今為止已發(fā)表的研究尚未深入研究 SLM 過程中鎂合金的缺陷類型、熔化模式和晶體織構(gòu)。此外，目前 SLMed 鎂合金試件的強度和韌性都比較差，難以應(yīng)用于實際工業(yè)應(yīng)用。因此，有必要進一步研究SLM沉積的AZ系鎂合金的加工性能和缺陷形成機制。
Mg-Y-RE-Zr系列鎂稀土合金具有密度低、耐熱性好、抗蠕變性能優(yōu)良等特點，被廣泛用于航空發(fā)動機機匣、衛(wèi)星支架等部件，在航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。采用鑄造或者鍛造等傳統(tǒng)工藝制造鎂稀土合金大型復(fù)雜構(gòu)件時，制造周期較長、材料利用率低、易產(chǎn)生成形缺陷，限制了該系列合金在關(guān)鍵領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。
增材制造是一種利用激光或電弧等作為熱源，通過熔化合金粉末或絲材，在程序控制下逐層堆積出金屬零件的制造技術(shù)。當前，鎂稀土合金增材制造的研究主要集中在激光粉末床熔化（LPBF）方面，由于LPBF的冷卻速度極快，沉積層晶粒尺寸能低至數(shù)微米。但由于Y元素與氧較強的親和性以及合金粉末較高的比表面積，LPBF制備的Mg-Y-RE合金中通常會存在嚴重的Y2O3夾雜，惡化了制件的力學(xué)性能。因此，亟需針對高活性Mg-Y-RE合金展開其他增材制造工藝的探索。
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