近日，av直播-av线上-线上av 轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队在高性能镁稀土合金增材制造领域取得重要创新成果，研究成果以“Superior elevated-temperature strength-ductility synergy in an additive-manufactured Mg-Gd-Y alloy: Dynamic precipitation evolution and deformation behavior under thermal-mechanical coupling”为题，发表在国际塑性力学领域顶刊《International Journal of Plasticity》上。吴国华教授和童鑫助理研究员为该论文的共同通讯作者，直博生占俊民为第一作者，上海航天精密机械研究所邹文兵研究员、太原科技大学白培康教授和中北大学赵占勇副教授为该论文的共同作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海航天科技创新基金等项目的资助。
镁稀土合金具有密度低、比强度和比刚度高、耐蚀性优良等特点，在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。随着航空航天装备对部件服役温度要求不断提高，这对镁稀土合金的高温力学性能提出了更高的要求。然而，传统铸造镁稀土合金中的β系列纳米析出相在高温下极易发生粗化和溶解，严重削弱其强化效果，已成为制约镁合金在高温等极端环境下工程应用的关键难题。因此，亟需针对镁稀土合金在高温下的显微组织和强韧性调控展开研究，这对推广镁合金在航空航天等关键领域的进一步应用具有十分重要的意义。
团队前期研究发现 (Additive Manufacturing, 2023, 67: 103487、Journal of Magnesium and Alloys, 2025, 13: 562-570)，电弧熔丝增材镁稀土合金中含有大量的位错等亚结构，有助于改善强化相的时效析出动力学，提高强化相析出的数密度，这为改善合金高温力学性能提供了重要思路。基于此，团队首次针对电弧增材制造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的高温力学行为展开系统研究，创新性地结合准原位实验和分子动力学模拟等方法，对比分析了增材制造和铸造合金在高温拉伸过程中的组织演变差异，率先报道了电弧增材制造镁稀土合金在热-力耦合条件下的动态析出行为及其对合金高温断裂失效的影响规律。
研究发现，在电弧熔丝增材制造的大过冷非平衡凝固及多重热循环条件下，Mg-Gd-Y-Zr合金中的位错密度被有效增加。在高温拉伸过程中，Gd、Y等元素向畸变能较高的位错等亚结构处偏聚，从而显著抑制了晶界连续β平衡相和晶界无析出带（PFZ）的形成。电弧增材制造合金在高温下所形成的这种特殊的组织结构有利于降低晶内/晶界的变形应力差异，缓解了晶界的应力集中现象，脆性的沿晶断裂倾向被大幅降低。结果表明，增材制造合金高温下综合力学性能优异，250°C下抗拉强度和延伸率分别达到292 MPa和19.2%，是目前已报道的强塑积最高的镁稀土合金材料，突破了镁稀土合金在高温下强塑性难以协同调控的关键瓶颈。基于多尺度表征手段，揭示了增材制造所形成的位错对抑制稀土元素向晶界长程扩散的机制，探明了电弧增材制造镁稀土合金的高温强韧化机理，相关研究结果为轻质高强韧耐热镁合金材料的开发和制备奠定了理论基础，为推动镁稀土合金在高温等极端环境下的应用提供了重要的数据支撑。
近年来，在丁文江院士的大力指导和支持下，吴国华教授团队在高性能镁稀土合金材料开发、大熔量高品质熔体制备、大型复杂构件精密成形等方面均取得了一系列原创性研究成果，为推动镁稀土合金在航空航天等领域的应用做出了重要贡献。
图1 高温拉伸热-力耦合作用下沉积合金和铸造合金的晶内动态析出行为对比分析
图2 高温拉伸热-力耦合作用下沉积合金和铸造合金的晶界析出行为对比分析
图3 通过分子动力学模拟研究晶内位错对高温下晶界稀土元素偏聚情况的影响
图4 通过分子动力学模拟定量研究不同晶内位错含量对高温下晶界稀土元素偏聚的影响
图5 本研究中电弧熔丝增材Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的高温拉伸性能及其与已发表文献相关数据的对比
撰稿人：童鑫