我校程伟丽、崔泽琴教授团队联合广东省科学院新材料研究所

增材制造团队在3D打印生物医用镁合金领域取得新突破

随着数字医疗和个性化骨科植入的快速发展，具备优异强度与生物相容性的镁合金逐渐走进临床视野，成为新一代可降解植入材料的热门候选。激光增材制造技术作为面向复杂构型的制备手段，在定制化医疗器械领域大放异彩。我校程伟丽、崔泽琴教授团队联合广东省科学院新材料研究所增材制造团队在3D打印生物医用镁合金领域取得一系列突破性成果，相关研究分别发表于国际著名学术期刊《Corrosion Science》和《Rare metal》。

突破一：一种新型激光粉末床熔融Mg-Nd-0.2Cu合金的3D体剥落腐蚀机制探究

本团队设计开发了一种新型 Mg-Nd-0.2Cu 合金，以不同体能量密度（VED）激光粉末床熔融（LPBF）制备的该合金为研究对象，借助多元回归构建腐蚀速率与致密度、孔径、残余应力的关联腐蚀模型：CR=-3.914*致密度+0.598*孔洞尺寸+1.356*残余应力+382.174（如图1）。结合微观表征与有限元模拟，系统揭示致密度、孔隙、残余应力、第二相、晶粒结构对合金腐蚀行为的作用机理（如图2）：电偶效应使 Mg₁₂Nd、Mg₂Cu 相界与双峰晶粒区优先诱发局部腐蚀；孔隙增大基体暴露面积并导通腐蚀介质通道，造成合金内外同步腐蚀；孔边易萌生腐蚀源，与残余应力耦合加速裂纹形核扩展。当内外腐蚀前沿贯通，基体内部材料整块剥落，形成三维块状腐蚀特征。该研究为阐释 LPBF 镁合金腐蚀机理、优化耐蚀设计方案提供理论支撑。

图1 腐蚀速率与致密度、孔洞尺寸、残余应力的多元回归分析

图2 LPBF Mg-Nd-0.2Cu合金的腐蚀机制

相关研究成果在腐蚀顶刊 《Corrosion Science》（Q1，Top期刊，IF=10.3）上发表。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113994

突破二：激光选区熔化WE43合金微观结构、3D缺陷和腐蚀行为之间的内在联系

LPBF（SLM）工艺虽可实现高精度成形与优异力学性能，但会引入晶粒不均、位错缠结、大量第二相及三维贯通孔隙等微观缺陷，大幅劣化镁合金耐蚀性能。本团队针对该问题，对比了 SLM、SLM 固溶热处理（SLM+ST）、传统挤压 WE43 合金的腐蚀行为；借助显微 CT 定量表征孔隙分布与占比（如图3），阐明 SLM 试样 0.65% 孔隙率对腐蚀扩展路径的调控机制。三维孔隙、混晶组织、高位错密度与第二相是腐蚀演化核心内因；疏松易破损的腐蚀产物膜、析氢堆积则为主要外因。SLM 成形下多因素耦合协同，促使腐蚀从二维表面快速向材料三维内部纵深发展（如图4）。此机理揭示了SLM WE43合金耐腐蚀性的关键限制，为优化其生物医用性能提供了科学依据。

图3 SLM WE43合金的CT和TEM分析：

(A)第二相的3D重构；(B)第二相的等效圆直径分布；(C)第二相的形状规则性分布；(D)孔隙重构；

(E)孔隙的等效圆直径分布；(F)孔隙的形状规则性分布；(G)孔隙的方向性分布；

(H)第二相的HAADF-STEM；(I)H的EDS分析

图4 SLM WE43合金在3.5 wt% NaCl溶液中的腐蚀机理：

(A) SLM WE43合金的孔隙形成；(B) SLM WE43合金在浸泡初期的二维腐蚀；

(C) 浸泡试样的表面形貌；(D) SLM WE43合金在浸泡后期的三维腐蚀

相关研究成果在中国科技期刊卓越行动计划英文领军期刊 《Rare Metals》（Q1，Top期刊，IF=12.1）上发表。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-025-03463-z

上述论文得到国家自然科学基金（NO. 52501085、U24A2025、52405347、52375370），山西省重点研发计划项目（202502030201030），广东省重点研发计划（2023B0909020004）等项目的支持。