科研进展

激光选区熔化高强高韧Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金

镁合金因具有优异的比强度,与人骨相似的密度,良好的生物性能和力学性能,在生物医疗方面备受关注。在骨植入体领域对个性化复杂结构需求的日益增长的今天,使用激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)制备适于骨修复要求的镁合金多孔件成为了潜在的解决方案。然而镁合金由于其本身熔沸点低、易氧化、热裂等问题,使用激光选区熔化技术制备力学性能优良的镁合金零件一直是现如今研究的热点与难点。尽管常用的Mg-Al系镁合金因其良好的铸造性能,成为了目前在增材制造领域的研究学者广泛关注的镁合金,但现阶段对于SLM所制备的Mg-Al合金的工艺参数、微组织演化过程、力学性能的影响机制并未有着深入的研究。

为弥补这一研究空白,近日广东省科学院新材料研究所激光制造团队利用选区激光熔化技术,采用响应面优化方法探究了不同工艺参数对SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金组织和力学性能的影响和作用机理,最终优化出SLM成形孔隙率低且强韧性优良的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金制备方法。所得的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金实现了细晶强化(图1),固溶强化和纳米析出相强化的协同强化作用(图2),力学性能达到了370 MPa的抗拉强度,延伸率10.4%(图3)。为增材制造AZ91D的应用提供了奠定了基础(图4)。

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图 1 SLM镁合金晶粒组织结构

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图2  Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金析出相

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图 3  SLM镁合金力学性能

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图 4 SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn骨钉、支架、多孔结构

相关研究成果在《Advance Powder Materials》上发表了研究性论文。本文得到了广东省科学院发展专项基金项目(2022GDASZH-2022010107)、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目(2021GDASYL-20210102005)、广东省基础与应用基础研究基金项目(2020A1515111031,2021A1515010939)、中国科协“青年人才托举工程”(YESS20210269)等的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.apmate.2022.100097.

供稿:激光制造研究室   

供图:激光制造研究室