為了實(shí)現(xiàn)稀土鎂合金大型復(fù)雜主承力鑄件的低成本化，相關(guān)研究人員在材料配方、合金純化和熱處理等方面進(jìn)行了一系列的探索。他們通過(guò)改善合金材料的成分比例和純度，優(yōu)化熱處理工藝，提高材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。同時(shí)，一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)還致力于開(kāi)發(fā)新型稀土鎂合金，通過(guò)優(yōu)化合金成分，克服傳統(tǒng)稀土鎂合金的缺點(diǎn)，并提高合金的性能。

以稀土鎂合金為研究對(duì)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(qiáng)時(shí)效強(qiáng)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了大型鑄件的低成本。

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(bào)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(duì)微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。工藝參數(shù)對(duì)SLM制備ZK系鎂合金微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、生物相容性和生物降解的影響已經(jīng)得到了詳細(xì)的研究。 據(jù)稱，通過(guò) 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(duì)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(xì)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(guò)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(qiáng)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(duì) 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(dāng)?shù)?SLM 加工圖。此外還有通過(guò)添加碳納米管來(lái)改變微觀結(jié)構(gòu)演變和細(xì)化 SLM制備AZ31B 鎂合金的晶粒。然而，實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度，同時(shí)削弱了韌性。AZ 系列鎂合金由于其合金元素的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)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(guò)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(qiáng)度和韌性都比較差，難以應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。因此，有必要進(jìn)一步研究SLM沉積的AZ系鎂合金的加工性能和缺陷形成機(jī)制。

Mg-Y-RE-Zr合金在電弧熔絲增材制造過(guò)程中的組織演變機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著沉積高度的不斷提高，沉積層的冷卻速度逐漸降低，導(dǎo)致了沉積層晶粒尺寸沿高度方向逐漸粗化。此外，電弧加熱導(dǎo)致的多重?zé)嵫h(huán)會(huì)對(duì)已沉積層形成“原位固溶”和“原位時(shí)效”的效果。沉積層底部的共晶組織在多重?zé)嵫h(huán)的作用下發(fā)生溶解，隨后稀土元素又在多重?zé)嵫h(huán)的作用下下沉淀析出，在晶界和晶內(nèi)形成了彌散分布的β’和β1相。沉積層組織主要由粗大的α-Mg枝晶和連續(xù)粗大的共晶組織組成，并未發(fā)現(xiàn)稀土沉淀相的存在。

鎂稀土合金密度低、比強(qiáng)度比剛度高、耐熱性能好、阻尼減振性優(yōu)良，其在航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。晶粒細(xì)化能夠同時(shí)提高鎂稀土合金的強(qiáng)度和塑性，還能改善其鑄造工藝性能，對(duì)推廣該合金在航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用意義重大。目前工程實(shí)踐中主要采用Mg-Zr中間合金對(duì)鎂稀土合金進(jìn)行細(xì)化處理，然而商用Mg-Zr中間合金中Zr粒團(tuán)聚嚴(yán)重，這些Zr團(tuán)聚極易在鎂熔體中發(fā)生沉降，不僅大幅降低了Zr收得率和晶粒細(xì)化效果，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重細(xì)化衰退效應(yīng)。因此，開(kāi)展Mg-Zr中間合金組織調(diào)控研究，揭示該細(xì)化劑的顯微組織特征對(duì)晶粒細(xì)化效果及其衰退效應(yīng)的作用規(guī)律，對(duì)于鎂稀土合金晶粒細(xì)化劑設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
在該研究中，吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出了一種Mg-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑預(yù)處理方法，通過(guò)采用頻脈沖重熔對(duì)Zr晶粒細(xì)化劑進(jìn)行預(yù)處理，顯著改善了Zr晶粒細(xì)化劑的組織均勻性及其細(xì)化效果。研究發(fā)現(xiàn)，該預(yù)處理方法不僅能夠大幅提高M(jìn)g-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑中溶質(zhì)Zr的含量，還能促進(jìn)大量納米級(jí)（數(shù)納米到數(shù)百納米）Zr粒的過(guò)飽和析出，顯著細(xì)化了細(xì)化劑的Zr粒尺寸?；贛g-Zr中間合金晶粒細(xì)化劑的組織遺傳性，揭示了Mg-Zr中間合金在預(yù)處理過(guò)程中的組織演變機(jī)制，結(jié)合基體與形核核心的界面冶金反應(yīng)的熱力學(xué)條件，探明了Mg-Zr中間合金中納米級(jí)Zr對(duì)晶體生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)與異質(zhì)形核的影響規(guī)律，為晶粒細(xì)化劑的設(shè)計(jì)和制備提出了新思路。細(xì)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該研究所提出的預(yù)處理工藝大幅度提高了鎂稀土合金的晶粒細(xì)化效果。
近年來(lái)，在丁文江院士的大力支持下，吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)在鎂稀土合金開(kāi)發(fā)、制備、成型等方面取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，為推動(dòng)鎂稀土合金的應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)。

鎂具有資源豐富、可回收利用、比重輕、比強(qiáng)度及比剛度高、阻尼性導(dǎo)熱性好以及減震性好的一系列特性，廣泛應(yīng)用于通信、電子、汽車、化工、航空航天等領(lǐng)域，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但鎂合金強(qiáng)度偏低、耐蝕耐熱性差等缺點(diǎn)制約了鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用。通過(guò)向Mg-Zn二元合金中添加Zr，除了可以細(xì)化晶粒，還可以明顯縮小合金的結(jié)晶溫度間隔，大幅降低合金的縮松和熱裂傾向，提高合金的鑄造性能和力學(xué)性能。在鎂合金中添加稀土，可產(chǎn)生除氣脫氧凈化、晶粒組織細(xì)化及強(qiáng)化、增加合金的流動(dòng)性、改善熱裂和縮松等效果，從而提高鎂合金的耐熱耐蝕性、強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是近年來(lái)，5G通信、3C產(chǎn)品及汽車電子等零部件對(duì)材料的導(dǎo)熱性能提出越來(lái)越高的要求，以和提高產(chǎn)品的壽命及工作穩(wěn)定性。通過(guò)向稀土鎂合金中添加Zn和Zr元素，以期制備得到高導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能的新型鎂合金，考察Zn含量的變化對(duì)鎂合金組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。

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