吴国华团队在镁稀土合金电弧熔丝增材制造方面取得重要研究进展

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近日，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队与澳大利亚皇家墨尔本理工大学的Mark A. Easton教授、上海理工大学的孙明博士合作在镁稀土（Mg-RE）合金电弧熔丝增材方面取得了重要研究进展，研究成果以“Microstructural evolution and strengthening mechanism of Mg-Y-RE-Zr alloy fabricated by quasi-directed energy deposition”为题，发表在国际增材制造领域顶级期刊《Additive Manufacturing》上，该论文也是《Additive Manufacturing》上发表的第一篇关于Mg-RE合金电弧熔丝增材制造的论文。博士生童鑫为第一作者，吴国华教授和张亮副研究员为该文共同通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金的资助。
       Mg-RE合金密度低、比强度比刚度高、耐热性能好，在航空航天轻量化领域具有广阔的应用前景。然而，采用传统的铸造工艺制造Mg-RE合金大型复杂构件时存在制造周期长、材料利用率低、易形成铸造缺陷等问题，严重制约了Mg-RE合金的广泛应用。增材制造能够通过熔化合金粉末或丝材并逐层堆积出金属零件，具有制造周期短、沉积构件力学性能较高等特点。当前Mg-RE合金增材制造的相关研究主要集中在激光粉末床熔融（PBF-LB）方面，然而由于稀土元素化学活性较强，且合金粉末比表面积较大，采PBF-LB制备Mg-RE合金时极易形成稀土氧化夹杂，严重恶化构件的力学性能。因此，亟需针对高活性Mg-RE合金展开增材制造相关研究，探明Mg-RE合金在增材制造过程中的组织演变及缺陷形成的相关机制。

图1 DED-Arc成形WE43合金与已报道的PBF-LB成形WE43合金的显微组织对比

         针对目前增材制造Mg-RE合金因氧化夹杂严重导致强塑性不足的难题，吴国华教授团队创新地通过电弧熔丝增材制造（DED-Arc）技术制备Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金，采用大直径丝材配合高频脉冲交流电弧的阴极清理效应有效降低了氧化夹杂含量，沉积构件中夹杂含量仅为PBF-LB合金的5%，突破了目前增材制造Mg-RE合金中稀土氧化严重的瓶颈。基于多重热循环曲线及不同沉积层的组织特征，该团队还进一步揭示了Mg-Y-RE-Zr合金在电弧增材制造过程中的相变行为，构建了Mg-Y-RE-Zr合金在DED-Arc过程中的组织及缺陷的演变模型，提出了电弧熔丝增材成形镁稀土合金的强韧化机制。该研究为镁稀土合金电弧熔丝增材冶金缺陷控制及强韧化协同调控提供了理论支撑。
        近年来，在丁文江院士的大力支持下，吴国华教授团队在高性能镁稀土合金开发、制备、成形等方面取得了一系列原创性研究成果，为推动镁稀土合金的应用做出了重要贡献。
         论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860423001008
         文章来源：上海交通大学
        吴国华，男，1964.7出生，博士，上海交通大学教授，博士生导师。上海市优秀学科带头人，韩国机械与材料研究院高级访问学者。上海交通大学材料学院院长助理，上海航天先进材料及应用技术联合实验室主任，轻合金精密成型国家工程研究中心副主任，材料能量场研究室主任。 2000年8月获华中科技大学材料加工专业博士学位，2002年5月上海交通大学材料学院博士后出站。全国镁合金材料与应用技术专业委员会副理事长、中国铸种铸造及有色合金技术委员会委员、全国铸造材料及工艺专业委员会委员、全国消失模铸造专业委员会委员、全国热成形标准技术委员会委员。 “Transactions of Nonferrous Metals Society of China ”杂志、“China Foundry”杂志、“中国有色金属学报”杂志、“铸造”杂志、“特种铸造与有色合金”杂志、“铸造设备与工艺”杂志编委。近几年，已主持或参与国家973计划课题、国家航天重大专项、国家航空重大专项、国家863计划、国家发改委新材料示范工程、国家十五攻关计划、国家十一五科技支撑计划、国家自然科学基金、上海航天基金等科研项目40余项。获国家及省部级科技奖励6项。在国内外重要刊物上发表学术论文150余篇。作为第一发明人已授权国家发明专利20余项。教学研究成果“《材料加工原理》课程改革与探索”获上海市教学成果一等奖。