铝合金——以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一，在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用，同时，随着近年来增材制造工艺技术的发展和普及，铝合金有望在更多领域得到进一步的应用。激光粉末床熔融（LPBF）技术已成为合金增材制造的重要手段，对于铝合金而言，通常会选择在LPBF之后进行等温时效（IA）以强化合金的强度，但这一举动会导致合金腐蚀性能严重下降，从而限制铝合金在相关领域的应用，因此，如何在保持高强度的同时保证适配的塑性和耐蚀性，一直是LPBF Al合金研究的一个难题所在。

2025年9月30日，兰州理工大学、河南省科学院协同创新中心、中南大学轻合金研究所和新加坡国立大学的联合团队在增材制造领域的权威期刊《Virtual and Physical Prototyping》在线发表一篇题为“Post-heat treatment of laser powder bed fusion Al-Mn-Sc alloy: Synergetic enhancement of mechanical property and corrosion resistance”的研究型论文，在该论文中，团队提出通过非等温时效（NIA）热处理策略，利用动态升温的方式精确调控晶界析出相分布，实现了LPBF制备铝合金的力学性能与耐蚀性能的协同提升。

文章链接：

https://doi.org/10.1080/17452759.2025.2564986

【核心内容】

该研究系统地研究了LPBF制备的Al-Mn-Sc在非等温时效方案下，其力学性能与腐蚀性能的演变规律，对比未经后处理和传统等温时效处理的样品，结果表明，非等温时效后样品的屈服强度虽然与等温时效相当，但延伸率提升至14.8%，这一强塑性组合已经优于了等温时效样品，同时，在等温时效处理无法解决的耐腐蚀性能方面，团队制备的非等温时效合金样品其最大腐蚀深度仅为等温时效的1/9（20 μm）。

【研究方法】

团队提出的非等温时效策略为将LPBF制备的Al-Mn-Sc合金以2℃/min的升温速度将合金从30℃加热到350℃，随后在空气中进行冷却，并标记为NIA状态合金。与之进行对比的事未经任何后处理的打印态合金以及在300℃下保温5h后进行空冷的等温时效合金（IA状态合金）。随后，团队从微观组织演化的角度阐明热处理对LPBF制备的Al-Mn-Sc力学性能和耐蚀性的影响机制。

【研究成果】

① 非等温时效优化晶粒结构，实现各向异性调控

NIA合金的柱状晶尺寸为4.15±1.60 μm，等轴晶尺寸为2.81±0.94 μm，与另外两种状态相比，NIA工艺方案促进了晶粒的再结晶与形貌均匀化，这种细化与形貌优化显著减弱了热处理后的力学各向异性。

打印态样品的显微组织与晶粒尺寸分布

IA样品的晶粒结构对比

NIA样品沿BD和TD方向的IPF图与晶粒尺寸分布

② 多尺度析出相协同强化机制揭示

三种状态的析出相演化路径明显不同：原始样品：以准晶相QC-Al₈₁Mn₁₉为主；IA样品：形成大量QC-Al₈₅(Mn_0.72Fe_0.28)₁₄Si与Al₆Fe_0.5Mn_0.5析出相；NIA样品：同时形成QC-Al₈₅(Mn_0.72Fe_0.28)₁₄Si与Al₄Mn相，并生成高度弥散的纳米Al₃(Sc,Zr)颗粒。NIA中形成的Al₃(Sc,Zr)保持与基体完全共格，能有效钉扎位错并延缓滑移，从而在保持高强度的同时提升延展性。

各样品的TEM图像及HRTEM FFT分析

③ 高强度与高延展性的协同提升

单轴拉伸结果表明：NIA样品屈服强度586 MPa、抗拉强度605 MPa；延伸率14.8 %，远高于IA样品的10.7 %；NIA样品断口呈细密韧窝结构，显示典型的延性断裂模式。理论分析表明，NIA保留了固溶强化并抑制再结晶软化，同时通过弥散Al₃(Sc,Zr)纳米析出物提供析出强化，使强度与塑性兼得。

三种样品的应力–应变曲线

NIA样品的断口形貌特征

④ 调控晶界析出相分布显著提升耐蚀性

腐蚀与电化学测试结果显示：NIA样品的最大腐蚀深度仅20 μm；腐蚀电流密度I_corr为0.30 μA/cm²，仅为IA样品的 1/45；电荷转移电阻Rct高达5.1×10⁵ Ω·cm²，显著高于IA样品的2.2×10³ Ω·cm²。HAADF-EDS分析揭示，NIA样品晶界析出物呈间断分布，降低了Al-Mn与Al₃(Sc,Zr)之间的电位差，从而有效抑制了微电偶腐蚀。

三种样品的截面腐蚀形貌对比

极化曲线与EIS

三种样品熔池结合区HAADF-EDS析出物分布

【总结与展望】

该研究提出的非等温时效（NIA）策略，在LPBF Al-Mn-Sc合金中实现了“高强度-高塑性-高耐蚀性”的三重突破。NIA通过动态温度控制，使晶界析出相分布更均匀、相界应力更可控，同时抑制腐蚀通道的连续形成。这一方法为高性能铝基增材制造材料的设计提供了全新思路，在航空航天、汽车轻量化等领域具有广阔的应用前景。