西交大黄科教授丨选区激光熔化精密成形轻质镁合金：缺陷、组织与性能调控以及复合增材技术

摘要：选区激光熔化成形作为一种新兴的增材制造工艺，可以实现轻质镁合金复杂构件的一体化精密成形。由于镁合金的化学性质活泼，镁合金的选区激光熔化成形相较于其他合金系更具挑战性，沉积构件的强度、塑性、韧性等力学性能指标整体偏低，抗腐蚀性能整体偏差，所以还需进一步提升其综合性能并拓展镁合金的应用领域。本文综述了近年来国内外关于镁合金选区激光熔化成形方面的研究，为镁合金的精密一体化成形提供相应的理论基础和指导策略。

     

图1  SLM成形原理及相应的工艺参数示意图

     

     

图3  Zn含量对SLM成形Mg-Zn合金凝固裂纹行为影响的示意图

     

图4  高能量输入下SLM成形ZK60镁合金的裂纹形貌 

     

图5  未熔缺陷

     

图6  SLM工艺的气孔

     

图7  SLM工艺的匙孔

图8  SLM工艺过程中形成的氧化物夹杂

     

     

     

     

图12  SLM成形镁合金和镁基复合材料的熔池形貌和微观组织

     

     

     

     

     

     

图18  表面激光冲击强化处理镁合金后的微观组织变化

综述了选区激光熔化精密成形轻质镁合金的研究进展，主要介绍了SLM成形的原理及特点，并基于镁合金的特性分析了微裂纹、孔隙和杂质等缺陷的形核机理，提供了相应的缺陷抑制方案。接着探讨了SLM成形工艺对镁合金微观组织的影响，并与传统成形工艺形成的微观组织进行了比较。阐明了通过合金成分微调控和开发设计镁基复合材料以提升SLM沉积态镁合金的综合力学性能和抗腐蚀性能的思路，采用热处理、热等静压等后处理方式调控析出相、闭合孔隙，进一步提升镁合金构件的综合性能。最后展望了采用摩擦搅拌、层间激光冲击强化、表面激光冲击强化等强化处理方式进一步调控SLM沉积态镁合金的微观组织。