激光选区熔化实现强韧一体Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金
文章题目：Achieving ultra-high strength and ductility in a Mg-9Al-1Zn-0.5Mn alloy via selective laser melting
第一作者：常成
通信作者：闫星辰、刘敏
基于响应面设计理念，本研究通过中心复合设计系统性优化出了激光选区熔化Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的最优参数（激光功率=120 W，扫描速度=500 mm / s和层厚=45 μm），探索出了制造高强韧Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的一种高效捷径（显微硬度=95.6±5.28 HV0.1，最大拉伸强度=370.2 MPa，总伸长率=10.4 %）。
基于中心复合表面设计（Central composite design, CCD）的响应面方法对SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金进行了系统性探究，从统计学角度出发，汇总并探究了工艺参数（激光功率、扫描速度及铺粉层厚）对SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金样品致密度及显微硬度的影响机制，为增材制造镁合金的参数设计及优化提供了充实的理论指导和科学判据。
图1. 基于中心复合表面设计的响应面法参数优化实验结果
SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的微观组织主要是由大量细小等轴晶(即α-Mg相)及少量β-Al12Mg17相(约4.96vol.%)构成的。其中，纳米粒子β-Al12Mg17和Al8Mn5诱导产生的晶界强化和沉淀硬化机制是高性能Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金强化的主要促进机制。
由于SLM技术带来的超高冷却速率和固有的自回火效应，促使SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金中获得了大量的超细晶组织和纳米析出颗粒。因此，在细晶强化，固溶强化和纳米析出相强化的共同作用下，获得了强度韧性得到双重提升的SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金材料，其抗拉强度最高可达370MPa，延伸率10.4%，成功步入高强韧镁合金行列。
图4. SLM Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的力学性能
图5.不同工艺制备的生物医用镁合金的拉伸强度-延伸率气泡图
常成：工学博士，2021年毕业于法国特鲁瓦技术大学，广东省科学院 “百人计划”D类，工程师，主要研究方向为激光增材制造高性能合金的材料设计、工艺开发及后处理工作。已发表高水平SCI论文20余篇，其中第一作者/通讯作者14篇，总引用330余次（谷歌学术统计），申请美国专利2件，授权中国发明、实用新型专利5件，作为科研骨干参与国家重点研发、国家青年自然科学基金、广东省重大专项、广东省中法联合平台建设、广西省重点研发等科研项目8项。担任多种SCI收录学术期刊的审稿人，包括Tribol. Int.，Surf. Coat. Technol.及Mater. Sci. Eng. A等。
闫星辰：理学博士，广东省科学院“百人计划”C类，副研究员，激光制造研究室副主任（主持工作）。研究方向为激光增材制造镍基高温合金的模型建立及开发工作。发表SCI论文80余篇，第一/通讯作者42篇，ESI高被引论文2篇，申请美国专利2件，第一发明人申请/授权中国发明专利13项，主持编写著作2部，获省部级科技二等奖1项，主持国家重点研发课题、装备预研课题、国家自然基金、中国科协青年人才托举工程、广东省面上/青年基金等各类项目。担任中德3D打印协会理事，智利国家科学技术发展基金国外评审专家，广东省材料研究学会青年委员会副秘书长，广东省青科协会员；担任多家医疗器械企业研发顾问，担任近十种SCI收录学术期刊的审稿人，包括Mater Sci Eng A，Mater Sci Eng C 等。
Cheng Chang, Hanlin Liao, Lin Yi, Yilong Dai, Sophie C. Cox, Ming Yan, Min Liu, Xingchen Yan, Achieving ultra-high strength and ductility in Mg–9Al–1Zn-0.5Mn alloy via selective laser melting, Adv. Powder Mater. 2023, 2, 100097. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2022.100097
原文下载：
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