在不同参数下（变化扫描速度和扫描间距）采用SLM技术制备了Mg-11.00Gd-1.77Zn-0.43Zr (wt.%)稀土镁合金（牌号为 GZ112K）。激光功率为80W的条件下进行了工艺参数图的绘制。结果表明，在优化的扫描速度和扫描间距下，其参数为：300–700 mm/s 和100 μm。SLMed 镁合金试样的晶粒由于高的冷却速率、高的固溶元素 Gd和Zn，共熔在镁合金基体中，其晶粒为为2 μm且有分散的共晶β-(Mg,Zn)3Gd相。SLMed GZ112K合金在扫描速度为300 mm/s和扫描间距为100 μm时其屈服强度为325MPa，拉伸强度为332MPa，延伸率为4.0%（室温的数据）。同铸造的合金相比，SLMed GZ112K 的屈服强度比铸造合金高出162MPa，拉伸强度高出122MPa,延伸率高出0.4%。

Mg合金由于密度低、比强度高、阻尼性能好、生物相容性好以及具有生物可降解等优点而在汽车、航空航天、消费电子以及医疗等领域成为最有前途的工程结构材料。Mg-Gd系镁合金由于具有Gd作用所造成的析出硬化效应而呈现出较高的强度。此外，添加少量的Zn可以通过引入γ′析出相和长周期堆垛效应而进一步同时提高了其强度和塑性。而且，Zr元素可以细化晶粒，这一细化效应是通过凝固过程中的非均匀形核所造成的。Rong等人曾经报道过高强铸造镁合金Mg-15Gd-1Zn-0.4Zr（wt%）的拉伸强度可以达到400MPa。这一强度提高归因于复合相β′和γ′析出所造成的强度效应和韧性效应的综合结果。

当今，镁合金制品主要采用铸造的办法来生产，如砂型铸造、永久铸造和压铸等。以上方法存在的问题就是容易发生铸造缺陷、机械性能差、制造周期长、尺寸精度差以及不能制造复杂结构的制品等问题。为了进一步的扩大Mg合金的应用范围，非常有必要来开发新的制造工艺。SLM技术就是这样一种工艺，可以制造复杂形状、而且制造周期非常短。制造出来的制品具有晶粒细小且机械性能好的优点。晶粒细小可以同时提高镁合金的强度和塑性。因此，SLM制造的合金同铸造的合金相比，往往具有较好的机械性能。

不同的稀土镁合金制造的心血管支架

SLM制造Fe基、Ni基、Ti合金以及铝合金比较常见，然而研究SLM制造镁合金尚处于开始阶段，这是因为镁合金熔点和汽化点均比较低，蒸气压比较高且同氧的亲和力比较强的缘故。直到现在，SLM制造镁合金的研究也局限在纯Mg、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Ca系合金和WE 43合金。研究也主要集中在工艺参数的优化以制备致密度比较高的合金、元素气化的机制、制备用于生物植入用途的多孔合金的性能等、调节SLM制造合金的显微组织及其相应的性能。一种极端细小、均匀的晶粒尺寸为1μm的SLM制造WE43镁合金，其拉伸强度达到308MPa、屈服强度达到11.9%。SLM制造过程中的快速凝固会造成晶粒细化和组织的均匀以及性能的优异。如公开报道所示，目前还没有见到SLM制造Mg-Gd合金的相关报道，这一合金有可能会比以上报道的镁合金具有更为优异的性能。因此，SLM制造过程中的高的冷却速率和Mg-Gd镁合金的高强度组合在一起，采用SLM来制造高强度复杂的形状，将会更大的拓展Mg合金的应用。

a用于骨固定的Mg合金植入材料；b-d生物吸收用植入材料；

图解：e用于喉手术的微手术器械；f手术缝合用的器械；g牙科用的螺钉

来自上海交大的研究人员，采用SLM技术对Mg-11.00Gd-1.77Zn-0.43Zr（wt%）在不同工艺参数下进行了SLM制造并研究了其在室温下的组织和性能，并且同半连续铸造的同等合金也进行了对比研究。

a气孔缺陷的试样；b成形良好的试样；c未熔合试样

实验结果表明：采用SLM技术首次制备了高强度的 Mg-Gd-Zn-Zr镁合金。研究了SLM参数变化对成形性、元素蒸发、显微组织和拉伸性能的影响。

OM (a,c)和 (b,d)SEM图，（a，b）半连续铸造镁合金的图和SLMedMg合金的图（c,d）

SLMed样品具有细小的等轴晶粒和分散分布的共晶相。晶粒细化和固溶强化造成了SLM镁合金合金的高强度。SLMed 镁合金试样的晶粒由于高的冷却速率、高的固溶元素 Gd和Zn，共熔在镁合金基体中，其晶粒为为2 μm且有分散的共晶β-(Mg,Zn)3Gd相。SLMed GZ112K合金在扫描速度为300 mm/s和扫描间距为100 μm时其屈服强度为325MPa，拉伸强度为332MPa，延伸率为4.0%（室温的数据）。同铸造的合金相比，SLMed GZ112K 的屈服强度比铸造合金高出162MPa，拉伸强度高出122MPa,延伸率高出0.4%。

SLMed镁合金的EBSD方向图（a），晶粒尺寸分布图（b）；（0001）极图(c) 和反极图（d）

以上研究论文发表在近期出版的期刊《Materials Characterization》上。

SLMed镁合金TEM明场像jiqi9相应地选区结果

工程应力应变曲线（a）和室温下的拉伸性能

参考资料：

Magnesium-based composites and alloys for medical applications: A review of mechanical and corrosion properties，Journal of Alloys and Compounds，Volume 792, 5 July 2019, Pages 1162-1190，https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.080

文章来源：Materials Characterization，Volume 165, July 2020, 110377，Fabrication of high-strength Mg-Gd-Zn-Zr alloy via selective laser melting，https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110377

来源： 江苏激光联盟