镁合金产品由于其活跃的化学特性，很容易被氧化和腐蚀。几乎所有的金属都会形成表面氧化物以防止进一步氧化。例如，Al形成的致密氧化铝膜可以有效地防止氧气进入基体。不幸的是，镁及其合金在高温下形成松散和多孔的氧化镁和非保护性的氧化膜。氧化过程中产生的热量起到了加剧进一步氧化的作用；温度可能高达2850℃（高于1170℃的Mg沸点）。镁的饱和蒸气压非常高（在熔点温度下为2毫米汞柱），在高温下有可能发生爆炸。镁合金在人体生理上的降解会产生氢气，这可能导致部分肿胀。这些风险在航空航天和生物医学应用中的健康和安全方面是一个特别值得关注的问题。

另一个必须克服的困难是镁合金在室温下的塑性成型性差。镁具有六方晶系结构，在室温下只有一个滑移面和三个滑移系统。这导致了脆性断裂，而镁合金的变形往往需要在较高的温度下激活更多的滑移系统，以获得更好的塑性成形性。但是，较高的温度会导致镁合金的快速氧化，从而造成较差的表面质量。因此，要获得令人满意的镁挤压合金（包括板材和锻件）的成型性和质量并不容易。镁合金的主要生产方式之一是铸造，它在生产效率方面有明显的优势，但金属熔化和凝固的过程异常复杂。精确控制形貌相位分布仍然是研究人员面临的挑战。细晶强化是提高合金零件机械性能的最有效方法。与传统铸造相比，快速凝固能改善机械性能。如果应用需要复杂的形状、高的个性化需求以及恶劣条件下的机械强度，大多数工艺都不能提供令人满意的结果。凝固过程中形成的硬脆相和对镁的易氧化性通常会降低产品质量。因此，先进的冶金学需要新的方向，以实现独特的微观结构，新的合金成分，以及镁合金的高性能。

基于此，重庆大学李坤教授联合潘复生院士团队对此进行了研究与总结，相关文章以题为“Selective laser melting of magnesium alloys:necessity,formability,performance,optimization and applications”发表在Journal of Materials Science&Technology上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030223001561

激光选区熔化（SLM），作为一种快速成型技术，已被广泛用于制造具有复杂结构的高性能金属部件，这为镁合金的发展和应用提供了一个广阔的平台。然而，镁合金较差的激光成形性与敏感的性质导致其在SLM制备与应用产生不利的后果。本文讨论了SLM过程中的缺陷形成机制，并总结了机械性能、氧化和耐腐蚀性方面的特点。从宏观和微观的角度回顾了目前的优化与改善镁合金性能的研究。首先，阐明了工艺参数与成型性和材料性能之间的关系，并评估了实验设计、物理模型和机器学习的先进优化方法。其次，回顾了合金元素、复合强化和后处理对激光选区熔化成形镁合金的微观结构和性能的影响。最后，在全面回顾的基础上，设想了未来的应用发展前景。这项工作有助于研究者更全面地认识激光选区熔化成形镁合金研究现状，并为今后镁合金制造工作提出了一些有意义的指导性意见。

图1镁合金的主要工艺特点:(a)基于烧结的增材制造，(b)基于电弧的增材制造，(c)基于摩擦搅拌的增材制造，(d)激光选区熔化

图2 ZK60热裂纹特征:(a)高能量密度激光能量密度下裂纹示意图，(b)486.1 J/mm3，(c)低激光能量密度下裂纹示意图，(d)291.6 J/mm3

图3 SLM的SEM(a)ZK30，(b)ZK30-1Al，(c)ZK30-3Al，(d)ZK30-5Al，(e)ZK30-7al和金属间相的EDS结果，(g)激光选区熔化成形ZK30-xAl的显微硬度，(h)激光选区熔化成形ZK30-xAl在37℃SBF中的极化曲线

图4 SLM处理(a)Mg-1Zn，(b)Mg-2Zn，(c)Mg-4Zn(d)Mg-6Zn，(e)Mg-8Zn，(f)Mg-10Zn，(g)Mg-12Zn的SEM图像;(h)不同SLM处理Mg-Zn试样的极限拉伸强度(UTS)和拉伸率(EL);(i)Mg-1Zn，(j)Mg-2Zn，(k)Mg-4Zn，(l)Mg-6Zn，(m)Mg-8Zn，(n)Mg-10Zn，(o)Mg-12Zn，(p)测量裂纹含量和相对密度

图5(a)熔融Mg-10Al-5Ca合金凝固后在合金上形成的薄膜的FIB制备截面的TEM图像。(b)氧化膜层状结构示意图。从每个区域获得的SAED模式;(c)外层，(d)中间层，(e)最内层，(f)下层合金，(g)金属间化合物。(h)HAADF图像和EDS元素图(i)Mg，(j)Al，(k)Ca和(l)O元素

图6 Mg-Sn合金的SEM后向散射图像:(a)Mg-3Sn，(b)Mg-5Sn，(c)Mg-7Sn;(d);37°C浸泡在SBF中的Mg-xSn合金的失重，(e)Mg-xSn合金的压缩强度和硬度

图7激光选区熔化成形Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr的SEM图像(a)40 W，(b)60 W，(c)微观结构细节，(d)(b)中的EDS化学点A

为了进一步改善激光选区熔化成形镁合金的机械和生物性能，使用增强颗粒来生产复合增强材料显示出相当大的前景。由于增强颗粒一般不与基体发生反应，如何增强颗粒与基体之间的界面润湿性是一个需要考虑的问题。当硬强化颗粒被添加到镁基体中时，虽然强度和断裂韧性得到了改善，但模量却降低了。关于如何平衡弹性模量和抗压强度的报道很少，这值得在今后的工作中进行探讨。

图8纳米粒子能够消除液体破碎：X射线图像显示了在没有TiC的SLM过程（a-d）或有TiC的（e-h）中的液体破碎；纳米颗粒能够在没有TiC的情况下防止飞溅聚结（i-l）或在有TiC的条件下防止飞溅物聚结（m-p）

作为最常用的后处理方法，热处理可以有效地消除固有的孔隙和残余应力，改善SLM后第二相的析出。特别是可以改善Mg-RE合金各方面性能的LPSO是重要的研究之一，到目前为止这种结构可以通过热处理获得。但这方面的工作也是不够的。需要通过开展高通量实验或热力学研究来探索热处理过程，以进一步建立过程、结构和性能之间的关系。此外，可以探索后处理方法的组合（例如，热处理、FSP、喷丸、研磨加工和涂层），作为提高激光选区熔化成形Mg合金性能的一种手段。

图9浸泡后的扫描电镜(a)as-激光选区熔化成形和(b)SLM+HIP+HT样品，(c)样品的氢演化;从(d)as-激光选区熔化成形标本和(e)SLM+HIP+HT标本中获得的STEM-EDXS图谱

图10(a)激光选区熔化成形GZ112K合金热处理后组织演变示意图，(b)SLM、FSP、SLM-t5和FSP-t5条件下G10K合金组织特征示意图

激光选区熔化成形镁合金用于生物植入物的效用已经吸引了广泛的研究人员的注意。目前，一些Mg植入物已经商业化，但还需要更多的临床样本来证明人工骨、人体支架等的可靠性和安全性。研究人员应进一步扩展数据库，增加更多的潜在患者，以期利用SLM工艺进行个性化设计，在结构和降解率之间达到平衡。与生物医学相比，使用镁合金作为机械结构的组成部分受到的关注较少。然而，从经济和环境的角度来看，开发高温、抗蠕变的镁合金代表着尚未开发的机会。Mg-RE合金的特殊微观结构和组成增强了抗蠕变性。SLM提供可控的热力学输入，这对改善微观结构有积极意义。针对激光选区熔化成形Mg-RE合金的耐高温成分设计和微观结构演变的进一步研究和开发，现在应该被视为一个高热点度领域。

图11激光选区熔化成形镁合金的潜在应用及未来发展方向