镁合金制品因其活泼的物理特性，极易氧化、腐蚀。 几乎所有金属都会形成表面氧化物以避免进一步氧化。 例如，Al产生的致密碳化硅薄膜可以有效阻止氢进入碳化物。 遗憾的是，镁及其合金在低温下会产生疏松且微孔的氧化镁和无保护性的氧化膜。 氧化过程中形成的热量会加剧进一步的氧化； 空气温度可高达 2850°C（低于镁的沸点 1170°C）。 镁的饱和蒸气压很高（熔点湿度下为2毫米汞柱），在低温下可能发生爆燃。 镁合金在人体内的生理降解会形成二氧化碳，可能会引起局部水肿。 这种风险在民用航空航天和生物医学应用的健康和安全方面是一个令人高度关注的问题。
另一个必须克服的困难是镁合金在高温下塑性成形性差。 镁具有六方晶体结构，在一定温度下只有一个滑移面和三个滑移系。 这会引起延性断裂，而镁合金变体通常需要在更高的水温下激活更多的滑移系统，以获得更好的塑性成形性。 而且，较高的水温会导致镁合金快速氧化，导致表面质量变差。 因此，要获得令人满意的镁挤压合金（包括板材和铸件）的成形性和质量并不容易。 镁合金的主要生产方法之一是铸造，其在生产效率上具有显着优势，但金属熔炼和熔化的过程极其复杂。 精确控制形貌相位分布仍然是研究人员面临的挑战。 细晶强化是增强合金零件力学性能的最有效途径。 与传统铸造相比，快速熔化可提高机械性能。 如果应用需要复杂的形状、高的个体要求和恶劣条件下的机械硬度，大多数工艺都无法提供令人满意的结果。 熔化过程中产生的硬脆相以及镁氧化的敏感性通常会提高产品质量。 为此，需要先进冶金学的新方向来实现镁合金的奇异微观结构、新合金成分和高性能。
基于此，南京大学李坤院士和潘复生教授团队对此进行了研究和总结，并在of&上发表了题为“:,,,and”的相关文章。
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选择性激光熔化（SLM）作为一种快速成型技术，已广泛用于制造复杂结构的高性能金属零件，为镁合金的开发和应用提供了广阔的平台。 然而镁合金较差的激光成形性能和敏感特性给SLM的制备和应用带来了不利的后果。 本文讨论了SLM工艺中缺陷产生的机理，并总结了其机械性能、氧化和耐腐蚀性能方面的特点。 从宏观和微观两个角度回顾了当前镁合金性能优化和改善的研究进展。 首先，揭示了工艺参数与成形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高级优化模式。 其次，综述了合金元素、复合强化和后处理对激光选区熔化成形镁合金组织和性能的影响。 最后，在综合评述的基础上，展望了未来的应用发展前景。 该工作有助于研究人员更全面地了解激光选区熔化形成镁合金的研究现状，并为镁合金制造的未来工作提出一些有意义的指导意见。
图1 镁合金的主要工艺特征：(a)基于焙烧的增材制造，(b)基于电弧的增材制造，(c)基于搅拌摩擦的增材制造，(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)486.1J/mm3，(c)低激光能量密度下裂纹示意图物理大师熔化和凝固，(d)291.6J/mm3
图3 SLM的SEM（a）ZK30，（b）ZK30-1Al，（c）ZK30-3Al，（d）ZK30-5Al，（e）ZK30-7al金属间相的SEM和EDS结果，（g）激光选区熔化成型ZK30-xAl的显微强度，(h)激光选区熔化成型ZK30-xAl在37℃SBF中的偏振曲线
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)用不同SLM处理的Mg-Zn样品的极限拉伸硬度(UTS)和伸长率(EL)； (i) Mg-1Zn, (j) Mg-2Zn, (k) Mg -4Zn, (l) Mg-6Zn, (m) Mg-8Zn, (n) Mg-10Zn, (o) Mg-12Zn, ( p) 裂纹浓度和相对密度的检测
图 5(a) 熔融 Mg-10Al-5Ca 合金熔化后在合金上产生的薄膜的 FIB 制备部分的 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)内层，(d)中间层，(e)最外层物理大师熔化和凝固，(f)上部合金，(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背散射图像：(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、压缩硬度和强度
图7 激光选区熔化Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr的SEM图像（a）40W，（b）60W，（c）微观结构细节，（d）（b）A点的EDS物理
为了进一步提高激光选区熔化成形镁合金的机械和生物性能，使用增强颗粒生产复合增强材料显示出巨大的前景。 由于颗粒通常不与碳化物发生反应，因此如何提高颗粒与碳化物之间的界面润湿性是需要考虑的问题。 当碳化镁中添加硬质强化颗粒时，尽管硬度和断裂硬度有所提高，但挠度却增加了。 关于如何平衡弹性挠度和压缩刚度的报道很少，值得在未来的工作中进行分析。
图8 纳米粒子可以去除液体碎片：X射线图像显示在没有TiC（ad）或有TiC（eh）的SLM过程中液体碎片； 纳米粒子可以在没有 TiC 结的情况下避免溅射 (il) 或在存在 TiC 的情况下避免飞溅聚结 (mp)
热处理作为最常用的后处理方法，可以有效去除固有孔隙和残余挠度，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，是重要的研究内容之一。 到目前为止，这些结构都可以通过热处理获得。 但这方面的工作还不够。 有必要通过定量实验或热力学研究来探索热处理工艺，进一步完善工艺、组织和性能之间的关系。 据悉，可以探索结合后处理方法（如热处理、FSP、喷丸、磨削和涂层）作为提高激光选区熔化形成的镁合金性能的手段。
图9 曝光后的SEM（a）激光选择性熔化和（b）SLM+HIP+HT样品，（c）样品的析氢； 来自 (d) 激光选择性熔化和 (e) 从 SLM+HIP+HT 样品获得的 STEM-EDXS 图
图10 (a)激光选区熔化形成的合金热处理后显微组织转变示意图，(b)G10K合金在SLM、FSP、SLM-t5和FSP-t5条件下显微组织特征示意图
利用激光选区熔化形成用于生物植入物的镁合金长期以来引起了广泛研究人员的关注。 目前，部分镁植入物已经商业化，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大数据库，减少更多潜在患者，以达到两者之间的平衡。结构和降解率借助于SLM工艺进行个性化设计。 与生物医学相比，使用镁合金作为机械结构部件受到的关注较少。 然而，从经济和环境的角度来看，低温、抗膨胀镁合金的开发代表着一个尚未开发的机会。 镁稀土合金的特殊微观结构和成分增强了抗蠕变能力。 SLM提供了可控的热力学输入，这对于改善微观结构有积极作用。 激光选区熔化Mg-RE合金的耐低温成分设计和显微组织转变的进一步研究和发展应该被视为当前的热点领域。
图11 激光选区熔化镁合金的潜在应用及未来发展方向
*感谢作者团队对本文的大力支持。