鎂合金制品因其活潑的物理特性，極易氧化、腐蝕。 幾乎所有金屬都會形成表面氧化物以避免進一步氧化。 例如，Al產生的致密碳化硅薄膜可以有效阻止氫進入碳化物。 遺憾的是，鎂及其合金在低溫下會產生疏松且微孔的氧化鎂和無保護性的氧化膜。 氧化過程中形成的熱量會加劇進一步的氧化； 空氣溫度可高達 2850°C（低于鎂的沸點 1170°C）。 鎂的飽和蒸氣壓很高（熔點濕度下為2毫米汞柱），在低溫下可能發生爆燃。 鎂合金在人體內的生理降解會形成二氧化碳，可能會引起局部水腫。 這種風險在民用航空航天和生物醫學應用的健康和安全方面是一個令人高度關注的問題。
另一個必須克服的困難是鎂合金在高溫下塑性成形性差。 鎂具有六方晶體結構，在一定溫度下只有一個滑移面和三個滑移系。 這會引起延性斷裂，而鎂合金變體通常需要在更高的水溫下激活更多的滑移系統，以獲得更好的塑性成形性。 而且，較高的水溫會導致鎂合金快速氧化，導致表面質量變差。 因此，要獲得令人滿意的鎂擠壓合金（包括板材和鑄件）的成形性和質量并不容易。 鎂合金的主要生產方法之一是鑄造，其在生產效率上具有顯著優勢，但金屬熔煉和熔化的過程極其復雜。 精確控制形貌相位分布仍然是研究人員面臨的挑戰。 細晶強化是增強合金零件力學性能的最有效途徑。 與傳統鑄造相比，快速熔化可提高機械性能。 如果應用需要復雜的形狀、高的個體要求和惡劣條件下的機械硬度，大多數工藝都無法提供令人滿意的結果。 熔化過程中產生的硬脆相以及鎂氧化的敏感性通常會提高產品質量。 為此，需要先進冶金學的新方向來實現鎂合金的奇異微觀結構、新合金成分和高性能。
基于此，南京大學李坤院士和潘復生教授團隊對此進行了研究和總結，并在of&上發表了題為“:,,,and”的相關文章。
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選擇性激光熔化（SLM）作為一種快速成型技術，已廣泛用于制造復雜結構的高性能金屬零件，為鎂合金的開發和應用提供了廣闊的平臺。 然而鎂合金較差的激光成形性能和敏感特性給SLM的制備和應用帶來了不利的后果。 本文討論了SLM工藝中缺陷產生的機理，并總結了其機械性能、氧化和耐腐蝕性能方面的特點。 從宏觀和微觀兩個角度回顧了當前鎂合金性能優化和改善的研究進展。 首先，揭示了工藝參數與成形性和材料性能之間的關系，并評估了實驗設計、物理模型和機器學習的高級優化模式。 其次，綜述了合金元素、復合強化和后處理對激光選區熔化成形鎂合金組織和性能的影響。 最后，在綜合評述的基礎上，展望了未來的應用發展前景。 該工作有助于研究人員更全面地了解激光選區熔化形成鎂合金的研究現狀，并為鎂合金制造的未來工作提出一些有意義的指導意見。
圖1 鎂合金的主要工藝特征：(a)基于焙燒的增材制造，(b)基于電弧的增材制造，(c)基于攪拌摩擦的增材制造，(d)激光選區熔化
圖2 ZK60熱裂紋特征：(a)高能量密度激光能量密度下裂紋示意圖，(b)486.1J/mm3，(c)低激光能量密度下裂紋示意圖物理大師熔化和凝固，(d)291.6J/mm3
圖3 SLM的SEM（a）ZK30，（b）ZK30-1Al，（c）ZK30-3Al，（d）ZK30-5Al，（e）ZK30-7al金屬間相的SEM和EDS結果，（g）激光選區熔化成型ZK30-xAl的顯微強度，(h)激光選區熔化成型ZK30-xAl在37℃SBF中的偏振曲線
圖4 SLM處理(a) Mg-1Zn, (b) Mg-2Zn, (c) Mg-4Zn (d) Mg-6Zn, (e) Mg-8Zn, (f) Mg-10Zn, (g) Mg -12Zn的SEM圖像； (h)用不同SLM處理的Mg-Zn樣品的極限拉伸硬度(UTS)和伸長率(EL)； (i) Mg-1Zn, (j) Mg-2Zn, (k) Mg -4Zn, (l) Mg-6Zn, (m) Mg-8Zn, (n) Mg-10Zn, (o) Mg-12Zn, ( p) 裂紋濃度和相對密度的檢測
圖 5(a) 熔融 Mg-10Al-5Ca 合金熔化后在合金上產生的薄膜的 FIB 制備部分的 TEM 圖像。 (b)氧化膜層狀結構示意圖。 從每個區域獲得的SAED模式； (c)內層，(d)中間層，(e)最外層物理大師熔化和凝固，(f)上部合金，(g)金屬間化合物。 (h) HAADF 圖像和 EDS 元素圖 (i) Mg、(j) Al、(k) Ca 和 (l) O 元素
圖6 Mg-Sn合金的SEM背散射圖像：(a) Mg-3Sn，(b) Mg-5Sn，(c) Mg-7Sn； (d)； Mg-xSn 合金在 37°C 的 SBF 中暴露 (e)Mg-xSn 合金的失重、壓縮硬度和強度
圖7 激光選區熔化Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr的SEM圖像（a）40W，（b）60W，（c）微觀結構細節，（d）（b）A點的EDS物理
為了進一步提高激光選區熔化成形鎂合金的機械和生物性能，使用增強顆粒生產復合增強材料顯示出巨大的前景。 由于顆粒通常不與碳化物發生反應，因此如何提高顆粒與碳化物之間的界面潤濕性是需要考慮的問題。 當碳化鎂中添加硬質強化顆粒時，盡管硬度和斷裂硬度有所提高，但撓度卻增加了。 關于如何平衡彈性撓度和壓縮剛度的報道很少，值得在未來的工作中進行分析。
圖8 納米粒子可以去除液體碎片：X射線圖像顯示在沒有TiC（ad）或有TiC（eh）的SLM過程中液體碎片； 納米粒子可以在沒有 TiC 結的情況下避免濺射 (il) 或在存在 TiC 的情況下避免飛濺聚結 (mp)
熱處理作為最常用的后處理方法，可以有效去除固有孔隙和殘余撓度，并改善SLM后第二相的析出。 尤其是LPSO，可以全面改善Mg-RE合金的性能，是重要的研究內容之一。 到目前為止，這些結構都可以通過熱處理獲得。 但這方面的工作還不夠。 有必要通過定量實驗或熱力學研究來探索熱處理工藝，進一步完善工藝、組織和性能之間的關系。 據悉，可以探索結合后處理方法（如熱處理、FSP、噴丸、磨削和涂層）作為提高激光選區熔化形成的鎂合金性能的手段。
圖9 曝光后的SEM（a）激光選擇性熔化和（b）SLM+HIP+HT樣品，（c）樣品的析氫； 來自 (d) 激光選擇性熔化和 (e) 從 SLM+HIP+HT 樣品獲得的 STEM-EDXS 圖
圖10 (a)激光選區熔化形成的合金熱處理后顯微組織轉變示意圖，(b)G10K合金在SLM、FSP、SLM-t5和FSP-t5條件下顯微組織特征示意圖
利用激光選區熔化形成用于生物植入物的鎂合金長期以來引起了廣泛研究人員的關注。 目前，部分鎂植入物已經商業化，但還需要更多的臨床樣本來證明人工骨、人體支架等的可靠性和安全性。研究人員應進一步擴大數據庫，減少更多潛在患者，以達到兩者之間的平衡。結構和降解率借助于SLM工藝進行個性化設計。 與生物醫學相比，使用鎂合金作為機械結構部件受到的關注較少。 然而，從經濟和環境的角度來看，低溫、抗膨脹鎂合金的開發代表著一個尚未開發的機會。 鎂稀土合金的特殊微觀結構和成分增強了抗蠕變能力。 SLM提供了可控的熱力學輸入，這對于改善微觀結構有積極作用。 激光選區熔化Mg-RE合金的耐低溫成分設計和顯微組織轉變的進一步研究和發展應該被視為當前的熱點領域。
圖11 激光選區熔化鎂合金的潛在應用及未來發展方向
*感謝作者團隊對本文的大力支持。