铝合金因其高强度和良好的耐腐蚀性而广泛应用于机械制造、航空航天等领域，但是采用传统制造方法制备铝合金存在效率低、成本高和难以制备结构复杂部件等缺点，难以满足现代工业对服役材料的要求。激光粉末床熔融（LPBF）作为常见的增材制造技术之一，它利用高能激光束在保护气氛中完全熔化金属粉末层，通过快速凝固及层层构建形成高致密度和高性能的金属部件。LPBF工艺的高设计自由度、近净成形制造、高效生产和高原料利用率为制备具有优良性能和高实用价值的铝合金提供了新途径。

      近年来，通过LPBF工艺制备高强度铝合金逐渐受到广泛关注。借助LPBF工艺的快速加热和急速冷却的特点，可以实现合金元素（如Mg、Mn和Zn）在基体中的大量固溶形成过饱和固溶体，从而提高LPBF铝合金的性能。由于LPBF快速加热凝固的特点，大多数高强度铝合金通常会出现热裂纹等加工缺陷，这将严重降低铝合金的性能和适用性。添加Sc和Zr元素是一种有效减少LPBF过程中产生缺陷的方法，且能够进一步改善性能。基于上述概念，研究人员专门为LPBF工艺设计并生产了高Mn含量的Sc、Zr改性高强铝合金，由于过饱和Mn的固溶强化、晶粒细化强化和高密度纳米析出相的沉淀强化，实现了强度的显著提升（屈服强度达560 MPa），这类合金在航空航天领域展现了广阔的应用前景。然而，这类高强度LPBF铝合金的腐蚀性能仍不清楚。为了扩大这种新型合金的实际应用，有必要对其基本腐蚀行为进行全面研究。

      与传统铸造或锻造合金不同，LPBF通常由于逐层构建过程而赋予合金各向异性的微观结构特征，从而导致LPBF合金不同平面上的机械性能和耐蚀性能差异。例如，Dai等人发现，LPBF Ti-6Al-4V在XY和XZ平面上的耐腐蚀性差异是由于α′马氏体相和β-Ti相分布的数量不同，Kong等人将哈氏合金X合金的各向异性腐蚀行为归结于微观结构差异，熔池边界导致XZ平面的溶解速率更高。此外， LPBF合金的腐蚀行为还与晶体取向、残余应力、沉淀分布等因素有关。因此，全面研究LPBF铝合金不同平面的微观结构特征与相应腐蚀行为之间的相关性具有重要意义，特别是对于新型的LPBF高强铝合金。

      基于此，北京科技大学新材料技术研究院张博威、张百成等研究人员采用光学显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射仪（EBSD）及透射电子显微镜（TEM）对LPBF Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金不同平面的微观结构进行了表征，并借助电化学测试、浸泡实验、激光共聚焦显微镜（CLSM）、原子力显微镜（AFM）及X射线光电子能谱（XPS）对耐蚀性能及腐蚀行为进行了探究，系统地建立了LPBF-Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的微观结构特征与不同平面上腐蚀行为之间的联系，总结了LPBF铝合金在不同平面上的腐蚀机理，为新型LPBF铝合金的进一步性能优化和实际应用奠定了良好的基础。相关研究结果以题“Anisotropic response in corrosion behavior of laser powder bed fusion Al-Mn-Mg-Sc-Zr alloy”发表在腐蚀顶刊《Corrsion Science》上。

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110634

图1 LPBF Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金不同平面的XRD图谱

图2  LPBF Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的微观结构和EBSD表征：(a)和(b)、(c)和(d)、(e)和(f)分别为XY及XZ平面的OM图、IPF图及晶粒尺寸分布图。BD表示构建方向，RD、TD表示垂直构建方向平面中的两个方向。