镁合金的激光粉末床熔合（LPBF）主要集中于传统的商业铸造镁合金，如AZ91D、ZK60和WE43，这些合金通常表现出相对较低的抗拉强度。2023年11月6日，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心镁合金液态成型研究室团队在《Journal of Magnesium and Alloys》（中科院1区，Top，影响因子17.6）发表最新研究成果“Developing a novel high-strength Mg-Gd-Y-Zn-Mn alloy for laser powder bed fusion additive manufacturing process”，开发了一种用于LPBF增材制造工艺新型高强度Mg-12Gd-2Y-1Zn-0.5Mn（wt.%，GWZ1221M）合金，并系统研究了从打印态到LPBF-T4和LPBF-T6态的微观结构和机械性能的演变。邓庆琛博士为论文第一作者，吴玉娟研究员为通讯作者。

结果表明：打印的GWZ1221M合金呈现出细小的等轴晶，平均晶粒尺寸仅为4.3±2.2μm，而铸态合金呈现出典型的粗大枝晶晶粒（178.2±73.6μm）。因此，打印合金的抗拉强度明显高于铸态合金，其屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)分别为315±8MPa、340±7MPa和2.7±0.5%。固溶处理将硬脆的β-(Mg,Zn)3(Gd,Y)相转化为基底X相和具有更好塑性变形能力的层状长周期堆叠有序(LPSO)，从而提高了EL。然后，峰值时效热处理在晶粒内部引入大量纳米尺寸的棱柱状β'析出物，从而提高了YS。最终，LPBF-T6合金获得了相当高的强度，YS、UTS和EL分别为320±3MPa、395±4MPa和2.1±0.4%。打印合金和LPBF-T6GWZ1221M合金均表现出比铸态合金和打印商用镁合金更高的拉伸强度，凸显了高强度打印Mg-Gd基合金在结构应用中的巨大潜力。

图1. 打印的GWZ1221M立方体样品的宏观OM图像，其构建高度为6毫米（a）和10毫米（b）。

图2. 打印态GWZ1221M合金的SEM图像。

图3. GWZ1221M合金的EBSD晶粒取向图像(a)和{0001}极图(b)。

(1) 由于LPBF工艺的高冷却速率，打印态GWZ1221M合金表现出细小的等轴晶粒(4.3±2.2μm)和薄的β-(Mg,Zn)3(Gd,Y)相，而铸态合金表现出典型的粗枝晶晶粒(178.2±73.6μm)与粗片状共晶化合物，表明相对便宜的Mn可以用来代替昂贵的Zr作为Mg-Gd基合金的LPBF过程中的晶粒细化剂。

(2) 固溶热处理将硬脆的β-(Mg,Zn)3(Gd,Y)相转变为基体X相和具有更好塑性变形能力的层状LPSO，然后峰值时效处理引入大量棱柱状β'析出物。

(3) 打印合金的YS、UTS和EL分别为315±8MPa、340±7MPa和2.7±0.5%，并在LPBF-T6合金中分别提高到320±3MPa、395±4MPa和2.1±0.4%。打印合金和LPBF-T6 GWZ1221M合金均比铸态合金和打印商用镁合金表现出显着更高的拉伸强度（YS和UTS）。

吴玉娟，上海交通大学材料科学与工程学院轻合金研究所研究员，博导，主要研究方向：高强韧铸造、变形镁稀土合金设计与制备，基于增材制造技术的高性能镁稀土合金材料设计与制备。课题负责人主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金、中国博士后科学基金特别项目和面上项目、国际合作项目、校级项目等 11个。作为项目骨干参与了国家级（国家重点研发计划项目、国防基础研究项目、总装预研项目、国家自然科学基金）和省部级（上海市科技人才计划项目、上海市科委基础研究重点项目等）项目30余项。发表论文80余篇(第一/通讯作者50余篇)。申请发明专利27件（授权15件）。

Deng Q, Chang Z, Su N, et al. Developing a novel high-strength Mg-Gd-Y-Zn-Mn alloy for laser powder bed fusion additive manufacturing process[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.09.027