研究背景

镁合金因其低密度和高比强度而成为轻量化结构材料的首选。特别是含有稀土元素（如钆Gd和钇Y）的镁合金，由于这些元素在镁中的高溶解度，展现出显著的沉淀强化效果。然而，这些合金的传统制造和热处理过程耗时且复杂，尤其是在沉淀强化相的形成上，需要长时间的高温固溶处理和时效处理。激光定向能量沉积作为一种增材制造技术，通过逐层构建的方式制造零件，其快速凝固过程有助于获得细小的微观结构和过饱和固溶体，这对于沉淀强化合金来说是一个巨大的优势。因此，探索LDED技术在镁稀土合金中的应用，对于开发高效强化方法具有重要意义。

成果简介

在这项研究中，研究人员利用激光定向能量沉积技术制造了Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金，并对比了直接时效（T5）与传统的固溶处理和时效处理（T6）的效果。研究发现，直接时效处理能够在较短的时间内达到与传统处理相当的硬度和拉伸强度，显著缩短了时效时间。这一成果归因于LDED过程中引入的张力-压缩循环，这些循环在合金中诱导出由位错引起的管道扩散，加速了时效过程中的沉淀形成。通过微观结构表征和先进的显微技术，研究人员揭示了不同热处理过程中沉淀行为的差异，为LDED制造的沉淀强化合金的高效热处理提供了新的理论基础。

文献：https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2415897

图文导读

图1：展示了LDED过程的示意图，包括构建参数和建成后样本的宏观照片，以及由重复和非平衡构建过程引起的固化熔池中的张力-压缩循环示意图。

图2：展示了构建后的GW63K合金的微观结构和电子探针微分析（EPMA）结果，包括从图1a视图的光学显微镜图像，EBSD晶粒取向图像和极图，

不同放大倍数的扫描电子显微镜（SEM）图像，以及EPMA分析区域的元素分布图。

图3：展示了T5（蓝色）和T6（绿色）处理的时效硬化曲线，以及不同状态下LDED GW63K合金的室温拉伸曲线。

图4：展示了T5峰值（a-d）和T6峰值（e-h）状态下的透射电子显微镜（TEM）结果，包括高角环形暗场（HAADF）扫描透射电子显微镜（STEM）图像，

相应的微衍射图案，以及β'相的高分辨率TEM图像和相应的快速傅里叶变换（FFT）图案。

图5：展示了不同状态下的HAADF-STEM图像，包括构建状态下的位错形态，T5-4小时样品和T6-4小时样品中的位错，以及传统与直接时效的微观结构模型。

小结

这项研究深入探讨了LDED技术在制造Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金中的应用，并对比了直接时效与传统热处理的效果。研究结果表明，LDED技术能够显著缩短时效时间，同时保持与传统热处理相当的材料性能。这一发现不仅为镁合金的制造提供了一种新的高效方法，也为其他沉淀强化合金的热处理提供了新的思路。通过优化LDED参数和热处理工艺，可以进一步提高材料的性能和生产效率，这对于推动轻质高强度材料在工业中的应用具有重要意义。研究人员的工作不仅在科学上具有创新性，而且在工程应用上也具有广阔的前景。