直到今天,针对Mg合金的AM制造依然局限于非常少量的镁合金系统,如AZ系和ZK系以及稀土镁合金。镁合金的AM研究的发展的时间轴也表明:大多数的镁合金AM制造集中在2010年以后,包括3D打印制造复杂形状的具有特殊用途的生物器件。近的研究主要集中在AM制造WE43镁合金棒上。WE43镁合金棒 镁合金是一种Mg-Y-RE系合金。对WE43镁合金棒感兴趣的原因在于合金中含大约4wt%的Y和3%的RE(一般是混合Nd、La和Ce,同时含小于0.5wt%的Zr,Zr的作用是细化晶粒)。含稀土镁合金包括WE43镁合金棒 和WE54, 具有提高室温和高温机械性能的能力(如拉伸和蠕变)。这一性能的提高是靠形成了热稳定性比较高的金属相来实现的。与此同时,耐蚀性和铸造时的合金耐热性(燃点提高)也相应的提高。
美陆军实验室与中佛罗里达大学开展合作研究,对WE43镁合金的增材制造工艺进行了优化。WE43是一种高强度、高抗蠕变的铸造镁合金,可在300℃的温度下使用,具有良好的机械性能和的耐腐蚀性,但该材料以往难以成功实现3D打印。研究人员通过优化激光粉末床熔化工艺,成功获得了全致密(>99%)的3D打印件,并通过改变单元晶格类型、支杆直径和单元晶格数量,研究了24种不同微晶格的结构、压缩属性和断裂模式。该实验室还将进一步评估WE43的高应变率和弹道性能,寻找适合的应用并开展演示验证,如超轻无人机系统和无人车辆组件。该研究有望推动武器系统轻量化,减轻士兵负担,提高燃料效率,提升任务效能。
纯镁由于其强度太低而很少被直接使用,在增材制造中常用镁合金按牌号分为 AZ系列(AZ31, AZ61,AZ80,AZ91),ZK系列(ZK60,ZK61),WE系列(WE43,WE54,WE93)。
AZ系列(Mg-Al-Zn)镁合金是以 Mg-Al系镁合金为基础发展而来的,适量的Zn元素添加可以提升试件的抗蠕变性能并减轻镁合金中的 Fe、Ni等杂质元素对腐蚀性能所造成的不利影响,具有均衡的力学性能和一定的耐腐蚀能力,是目前在增材制造研究中应用广泛的镁合金。
ZK系列(Mg-Zn-Zr)镁合金是在Mg-Zn系镁合金的基础上添加Zr元素发展而来,研究表明镁中添加Zr元素后可以有效的细化晶粒,且有着较强的固溶强化作用,提升镁合金的力学性能,是一种很有研究前景的生物医用材料。
WE(Mg-RE)系列镁合金属于稀土镁合金,添加稀土元素的镁合金在室温下表现出良好的抗蠕变性能和拉伸性能。然而,稀土元素成本较高,目前对增材制造的研究主要集中在 AZ系镁合金,对其他系合金尤其是稀土镁合金的增材制造研究较少,开发低成本、的稀土镁合金对镁合金增材制造的研究具有重要意义。
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