铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造，与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中，选择性激光熔化（SLM）是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺，且具备满足要求的密度、微观结构和强度。中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索，发展了一种适用于SLM制备工艺，具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在该项工作中，研究人员设计了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制备过程中均易发生热裂纹，平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹，同时细化制备合金的微结构，从而提高打印试样的力学性能。图1：不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶体学取向用倒极图（IPF）表示。图2：Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉应力应变曲线。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的断口SEM图像。通过对合金成分的进一步微调，研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织，由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3（Sc，Zr）纳米粒子（2-15nm）和粒间Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直径10-100nm）组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后，试样的拉伸强度达到550MPa，塑性在8%～17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外，高密度层错也有助于强化。图3：不同组分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像：（a1-2）合金4的胞状结构；（a3-4）合金的柱状结构；（b1-5）合金（b2）的胞状结构是（b1）的暗场图像；（b3-4）合金的柱状组织#5；图（a2），（a4），（b2）和（b4）显示了晶间共晶组织；（b5）是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相应EDX图谱。图4：（a）SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5；曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5；曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。（c）沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。（d）在（-100）面上用（c）图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精细打印微观组织，获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒，开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺，推动了SLM制造技术的工程应用。

我国高速列车制造所用高档铝合金光亮焊丝主要为ER5356、ER5183、ER5087三种铝合金焊丝，它们针主要对的是时速300公里以下的高速列车的制造。目前我国高速列车时速已达350公里，因此需要采用性能更高的高档铝合金光亮焊丝。本项目的新型高Mn铝镁合金焊丝就是针对性能更高的高档铝合金光亮焊丝这一需求开发的。 开发高速列车用高Mn铝镁合金光亮焊丝产品需要具备铝合金高冶金质量熔炼及半连续铸造的生产条件，其中所限制的元素将低到所要求的含量以下：铍含量小于0.0008%(wt)、氢含量小于0.18ml/100g、钠含量小于0.0010%(wt)。保证合金锭坯成分精确，渣、气含量低，冶金质量好。经最终光亮拉拔及处理后焊丝表面光亮光洁、尺寸精确。经上述条件生产高Mn铝镁合金光亮焊丝焊接5083铝合金板材，与目前使用的ER5356、ER5183、ER5087三种铝合金焊丝相比，其焊口屈服强度、抗拉强度明显提高，更接近合金母材的水平，且焊缝弯曲性能良好，符合（ISO058173：2000（E））［金属材料焊缝的破坏试验——弯曲试验］国际标准的质量要求。焊缝力学性能与现有焊丝焊缝的比较见下表： 本项目最适合在已具备铝合金高冶金质量熔炼及半连续铸造的铝合金加工厂进行。目前每年我国进口各种规格高档铝合金焊丝约1万吨。虽然铝原材料的价格不断下降，已接近10000元/吨，但高档铝合金光亮焊丝的价格并未明显降低，因此高档铝合金光亮焊丝是高附加值的产品，可获得较大的利润。

本发明提供了一种在超细钨丝表面电沉积铝镁合金薄膜的方法。该方法克服了在有机溶剂、离子液体体系中电沉积铝镁合金薄膜存在镀液体系不稳定，原料成本高昂，镀液配置不易，使用寿命较短，制得的铝镁合金薄膜中镁含量较低等问题。该方法在低温无机熔盐体系中，氯化铝和氯化镁作为主盐，氯化钠和氯化钾作为支持电解质；以超细钨丝作为电沉积阴极，铝为阳极，控制电镀温度，电镀时间以及电流密度，在惰性氛围保护下进行铝镁合金薄膜在超细钨丝表面的电沉积。

技术背景： 针对镁合金耐热性低的问题，在JDM2基础上，利用高热稳定 性的“LPSO+析出相”核心单元+晶界弥散相的复合强化 ， 发明 了高温强度、疲劳强度、抗蠕变、耐磨性优良的JDM3合金。 技术水平：工作温度首次达到300 ℃以上（>0.5Tm），抗拉强度保持 300MPa；综合性能超过AC8A铝合金。获发明专利3项，获2007年上海市技术发明一等奖应用领域： 航空、航天关键装备

技术背景： 通过添加稀土与钙等表面活性元素，改变表面氧化层的生长动 力学和化学组成，在镁合金表面形成复合致密氧化膜结构，提 高熔体燃点。发明的JDZM镁合金，实现了镁合金无保护熔炼 与生产。 技术水平：创新的镁合金燃点测试、氧化热力学和动力学计算、氧化膜结 构分析等方法以及建立的阻燃镁合金氧化模型被国内外学者在 随后的研究中广泛借鉴，单篇论文引用次数超过100次； 实现镁合金熔炼、加工无需保护，阻燃温度达935℃； 研究成果获2003年国家科技进步二等奖。 应用领域：3C产品构件 • 汽车方向盘骨架 • 汽车变速箱等轻质压铸件

针对镁合金耐热性低的问题，在JDM2基础上，利用高热稳定性的“LPSO+析出相”核心单元+晶界弥散相的复合强化，发明了高温强度、疲劳强度、抗蠕变、耐磨性优良的JDM3合金。工作温度首次达到300℃以上（＞0.5Tm）抗拉强度保持300Mpa；综合性能超过AC8A铝合金。

镁合金是迄今为止在工程中应用的最轻的金属结构材料。它除了具有低密度、高比刚度和比强度之外，还具有优良的阻尼减震性能，高的热导率，优良的电磁屏蔽和机械加工性能，被誉为“ 21 世纪绿色轻质结构材料”。目前，镁合金产品的成型方式主要是铸造，尤其是以压铸件为主导。但因铸造产品存在难以克服的疏松及缩孔等缺陷，使得镁合金的应用受到限制。而变形镁合金则具有很大的技术优势，具有制造薄壁轻质结构件的巨大潜力。如何开发出高附加值的镁合金变形型材已成为镁合金领域的重要发展方向之一。然而，阻碍变形镁合金大规

镁合金具有密度小，比强度、比刚度高，综合力学性能好，成本低等优势，现已大量应用于汽车及电子等行业。东南大学致力于镁合金耐高温性能、变形加工及耐腐蚀性能方面的研究，开发了多种不同系列的新型耐热、高强高塑和变形镁合金，以及多种商用镁合金的表明处理技术。开发的碱土和稀土系列耐热镁合金在175℃/70MPa下抗蠕变性能均在10-10/s水平，已达到了世界先进水平；通过晶粒细化等技术开发的变形镁合金力学性能优良，其拉伸抗力>300MPa，延伸率>10%；经表面改性后的镁合金在实用环境中的耐腐蚀性能大大提高，达到防锈铝的抗腐蚀水平。

技术背景： 采用自主研发的高强度变形镁合金JDM2和半连续铸造、半模等 温锻造、形变热处理等技术。开发了大型镁合金锻件，尺寸达 长2300mm×宽300mm×厚160mm。技术水平：本体取样力学性能达到抗拉强度400MPa、屈服强度320MPa、延伸率8%。相关锻件技术已应用于某型发射装置，已经完成地 面试验和多次空中飞行试验。应用领域： 

可降解镁基生物医用材料，被誉为“革命性的金属生物材料”，用作新一代生物可降解心血管支架、骨组织修复材料与器件等，无需二次手术取出植入体。运用第一性原理计算与MD模拟，对优选的生物相容性好的合金元素对镁变形和降解行为的影响作定量评估，研发出了生物相容性好、强韧性匹配、降解可控的专利医用镁合金材料。医用镁骨板在大白兔股骨内植入18周仍保持强度70%，医用镁血管支架植入大白兔腹主动脉16周，仍保持机械完整性，显示了临床应用前景。