太原科技&中北大学：新型增材制造引领创新镁合金微观结构与力学性能双重优化

摘要：文中研究了基于冷金属转移（CMT）的WA-DED技术制备的GWZ1031K镁合金的微观结构和力学性能。深入探讨了微观结构和力学性能优化机制，创新性地提出了通过热处理工艺实现高强度和高延展性的新方法。该研究有助于优化制造工艺参数，为高性能镁合金构件的大规模生产提

导读

文中研究了基于冷金属转移（CMT）的WA-DED技术制备的GWZ1031K镁合金的微观结构和力学性能。深入探讨了微观结构和力学性能优化机制，创新性地提出了通过热处理工艺实现高强度和高延展性的新方法。该研究有助于优化制造工艺参数，为高性能镁合金构件的大规模生产提供关键技术支撑。

镁合金作为一种21世纪的绿色工程结构材料，因其低密度、高强度比和良好的阻尼性能而备受关注。稀土（RE）元素能显著提高镁合金的强度和耐热性。在Mg-RE合金中，Mg-Gd-Y系列合金因其优异的沉淀强化效果而备受关注。添加Zn元素可以促进LPSO相的形成，从而提高合金的强度和延展性。传统方法无法满足复杂大型镁合金构件的整体成型需求。因此，迫切需要一种新的成型方法来制造复杂的镁合金构件。

冷金属转移（CMT）技术作为一种新兴的增材制造技术，因其高效的沉积速率和较低的设备成本，特别适合大型结构件的快速制造.近日，太原科技大学白培康教授团队联合中北大学赵占勇教授团队基于冷金属转移的丝弧定向能沉积成功制备了GWZ1031K镁合金，并通过优化热处理工艺，显著提高了其力学性能。相关工作以题为“ Investigation of microstructure and mechanical properties of GWZ1031K alloy additively manufactured by cold metal transfer-based wire-arc directed energy deposition ”发表于期刊《Journal of Alloys and Compounds》。

沉积态试样具有平均晶粒尺寸为11.1 ± 5.1 µm的不均匀等轴晶结构，主要由α-Mg基体、(Mg, Zn)3(Gd, Y)相和稀土颗粒组成。合金在TD方向的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为（260 ± 5） MPa、（195 ± 3）MPa和（6.27 ±1.39）%。

经过500 °C×1 h固溶处理后，(Mg, Zn)3(Gd, Y)共晶相转变为14H-LPSO相，而稀土富集的立方相仍然存在。这些第二相在晶界处有助于阻碍晶粒生长，保持细晶形态。固溶处理后的试样延展性显著提高。经过时效处理后，14H-LPSO相和稀土富集的颗粒相保持稳定，未发生晶粒粗化。高密度纳米级β’相的引入产生了显著的沉淀强化效果。合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到（263 ± 5） MPa 、（342 ± 10） MPa和（2.13 ± 0.6）%。