电弧定向能量沉积制备Mg-9Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金的微观结构演变及其与力学性能和腐蚀行为的关联研究

为解决大型复杂镁稀土(RE)合金构件高效整体成形难题，研究人员采用电弧定向能量沉积(WA-DED)技术制备新型GWZ932K合金，系统分析了沉积态与热处理态样品的微观结构、力学性能及腐蚀行为。研究发现T6热处理后形成的长周期堆垛有序(LPSO)结构使合金获得279 MPa抗拉强度(UTS)和18.7%延伸率(EL)，且显著提升耐蚀性，为高性能镁合金构件开发提供新思路。

　　

镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、交通运输等领域具有重大应用潜力，但传统铸造镁稀土合金存在成形效率低、复杂构件加工困难等瓶颈。电弧定向能量沉积(WA-DED)技术为大型复杂构件一体化成形提供了新途径，然而该工艺下镁稀土合金的微观组织演化规律及其与性能的关联机制尚不明确。

中国某研究机构团队在《Materials Characterization》发表的研究中，创新性地采用WA-DED技术制备Mg-9Gd-3Y-2Zn-0.5Zr（GWZ932K）合金，通过多尺度表征技术结合力学/电化学测试，揭示了沉积态与热处理态合金的微观结构特征及其性能调控机制。研究发现沉积态合金呈现独特的粗晶(CG)/细晶(FG)交替层状结构，含有(Mg,Zn)₃
(Gd,Y)共晶相和堆垛缺陷(SFs)，展现出弱织构和各向同性力学性能。经520°C×8h+200°C×10h的T6热处理后，共晶相和SFs转变为长周期堆垛有序(LPSO)结构，使合金获得UTS 279 MPa、YS 141 MPa和EL 18.7%的优异综合性能。电化学测试表明，T6态样品在3.5wt% NaCl溶液中的耐蚀性显著提升，这归因于层状LPSO结构和X相的腐蚀屏障效应。

关键技术方法包括：采用WA-DED工艺制备合金试样；通过SEM/EBSD等进行微观结构表征；室温拉伸试验评估力学性能；电化学工作站测试腐蚀行为；对沉积态样品进行固溶-时效热处理。

【微观结构特征】
沉积态合金主要由等轴晶、(Mg,Zn)₃
(Gd,Y)共晶相、SFs和富RE相组成，呈现CG/FG交替分布的层状特征。这种特殊结构导致基面织构强度降低至3.17，赋予材料各向同性。

【热处理影响】
T6处理后共晶相溶解，SFs转变为6H型LPSO结构，同时析出纳米级X相。TEM分析显示LPSO结构存在两种变体：18R型主要存在于晶界，而14H型分布在晶内。

【力学性能】
沉积态合金横向(TD)UTS为251 MPa，经T6处理后提升至279 MPa。断裂分析表明LPSO结构通过阻碍位错运动实现强化，同时其层状分布促进裂纹偏转，改善塑性。

【腐蚀行为】
T6样品腐蚀速率(1.21 mm/y)较沉积态(3.47 mm/y)降低65%，极化曲线显示腐蚀电流密度下降一个数量级。LPSO结构形成的连续网状结构有效阻碍腐蚀扩展。

该研究首次系统阐明了WA-DED制备GWZ932K合金的"工艺-结构-性能"关系，创新性地发现LPSO结构对力学性能和耐蚀性的协同增强作用。提出的层状结构调控策略为开发高性能增材制造镁合金提供了理论依据，推动大型复杂镁合金构件在苛刻环境下的工程应用。研究结果对拓展镁合金在海洋装备、生物医用等领域的应用具有重要指导价值。