作為一種具有 Al11Ce3 增強相的復合材料，Al-Ce 合金在高溫下表現(xiàn)出顯著的微觀組織穩(wěn)定性以及可鑄性。然而，鑄態(tài) Al-Ce 合金在室溫下表現(xiàn)出相對較低的抗拉強度，通常約為150 MPa，即使在變形和熱處理后也是如此。此外，大尺寸Al11Ce3相與Al基體之間的巨大電位差導致其耐腐蝕性較差。這些在強度和耐腐蝕性方面的限制為 Al-Ce 基合金的工業(yè)應用帶來了重大障礙。

增材制造是工業(yè) 4.0 的關(guān)鍵組成部分，能夠生產(chǎn)復雜設(shè)計的組件，減少浪費，縮短成形周期，并加速產(chǎn)品開發(fā)周期。在各種AM技術(shù)中，激光粉末床熔融已成為一種突出且成熟的工藝，在航空、航天和汽車等行業(yè)中得到指數(shù)級整合。然而，在增材制造領(lǐng)域鋁合金的發(fā)展相對緩慢，主要是由于較低的經(jīng)濟激勵和與激光打印相關(guān)的挑戰(zhàn)，包括更高的激光反射率和相對較大的凝固范圍。商業(yè)高強度 2000、6000 和 7000 系列鋁合金焊接性差，不適合激光粉末床熔融。

Al-Ce 合金由于其熱穩(wěn)定性和在鑄造過程中對凝固開裂的抵抗性，提供了一種可行的替代方案。先前的研究表明，采用激光粉末床熔融制備的具有原位納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 Al-9.5Ce-0.6Mg合金表現(xiàn)出優(yōu)異的打印性。然而，盡管實際成形的 Al-9.5Ce-0.6 Mg 合金的強度提高了400 MPa，但在室溫下斷裂伸長率約為 6%。強度和延展性之間的不可調(diào)和沖突需要進一步解決。此外，激光粉末床熔融Al-Ce 基合金的腐蝕行為迄今為止尚未得到充分關(guān)注。

鋁基復合材料（AMCs）通過結(jié)合 Al 基體和增強材料的優(yōu)異性能，提供了一種可行的解決方案。石墨烯納米片（GNPs）由于其低成形成本、優(yōu)異的機械性能以及獨特的電子和熱性能，被認為是金屬中很有前途的增強材料。通過廣泛的變形以防止氧化和 GNPs 與基體之間的反應，通常可以實現(xiàn) GNPs 增強鋁基復合材料的強度和延展性。然而，制備方法嚴重限制了鋁合金的應用，尤其是在復雜結(jié)構(gòu)組件中。金屬基復合材料（MMCs）的傳統(tǒng)制備路線，包括液態(tài)方法（如液態(tài)金屬滲透和鑄造技術(shù)）和固態(tài)方法（如粉末冶金），通常會導致在延展性基體中形成團聚顆粒，從而導致不希望的脆性和較差的耐腐蝕性。鋁中 GNPs 的均勻分布對于獲得優(yōu)異的耐腐蝕性至關(guān)重要。在微米級熔池中粉末的局部熔化，隨后快速凝固，防止了 GNPs 的團聚。這個過程為制備具有優(yōu)異強度-延展性和耐腐蝕性的 AMCs 提供了機會。

在這項工作中，上海交通大學和香港城市大學團隊采用 LPBF 方法制備了新型 Al-9.5Ce-0.6Mg/0.7GNPs復合材料。隨后，對制備的 Al-9.5Ce-0.6Mg/0.7GNPs 復合材料進行了后續(xù)熱處理。對微觀組織進行了細致表征。此外，系統(tǒng)研究了在 3.5 wt. % NaCl 溶液中的力學性能和腐蝕行為。此外，基于多尺度表征揭示了強化和腐蝕機理。

主要附圖

圖 1. (a) Al-Ce 粉末，(b) GNPs 粉末，(c) Al-Ce/GNPs 復合粉末的粉末形態(tài)；(d) Al-Ce/GNPs 復合粉末的 EDS圖像；(e) Al-Ce 粉末的粒度分布；(f) L-PBF 工藝示意圖；(g) 原位 Al-Ce/GNPs 復合樣品；(h) 拉伸測試樣品示意圖。

圖 2. (a) 成形后的 Al-Ce/GNPs 復合樣品中缺陷尺寸的分布；(b) 通過CT 測量的等效直徑與球形度的關(guān)系。

圖 3. (a) Al-Ce/GNPs 復合粉末、原位和高溫 Al-Ce/GNPs 樣品的 XRD 和(b)拉曼光譜。

圖 4. 沉積態(tài)和熱處理 Al-Ce/GNPs 樣品的掃描電子顯微鏡圖像、反極圖（IPF）圖和相應的極圖（PF）：（a、c、e）沉積態(tài) Al-Ce/GNPs 樣品，（b、d、f）熱處理 Al-Ce/GNPs 樣品。

圖 5. 沉積態(tài)和熱處理 Al-Ce/GNPs 復合樣品的 HR-TEM 和 FFT 結(jié)果：（a、b）沉積態(tài) Al-Ce/GNPs 復合樣品，（c、d）熱處理 Al-Ce/GNPs 復合樣品。

圖 6. 沉積態(tài)和熱處理 Al-Ce/GNPs 復合樣品的透射電子顯微鏡（TEM）結(jié)果：（a）高角環(huán)形暗場（HAADF）圖像，（b）MPB 區(qū)域放大的 HAADF 圖像，（c）MPC 區(qū)域放大的 HAADF 圖像，（d）沉積態(tài)樣品中 Al、Ce、Mg 和 C 元素的 STEM-EDS圖像，（e）HAADF 圖像，（f）MPB 區(qū)域放大的 HAADF 圖像，（g）MPC 區(qū)域放大的 HAADF 圖像，（h）熱處理樣品中 Al、Ce、Mg 和 C 元素的 STEM-EDS圖像。

圖 7. (a) 從制備樣品中提取的原子探針Al、Ce、Mg 和 C 原子圖；(b) 濃度分布的直方圖；(c) 從 HT 樣品中提取的原子探針 Al、Ce、Mg 和 C 原子圖；(d) 濃度分布的直方圖。

圖 8. 沉積態(tài)和熱處理 Al-Ce/GNPs 復合樣品的拉伸性能：(a) 室溫下的工程應力-應變曲線，(b) 與其他報道的增材成形 Al-Ce 和 Al-Si 系合金的強度和延伸率隨 YS 的變化比較。

圖 9. 沉積態(tài)和熱處理 Al-Ce/GNPs 復合合金的斷裂表面

圖 10. 鑄造態(tài) Al-Ce、燒結(jié)態(tài) Al-Ce 和高溫 Al-Ce/GNPs 復合樣品的極化曲線和電化學阻抗譜（EIS）：（a）Tafel 曲線，（b）Nyquist 圖，（c）阻抗模量與頻率的 Bode 圖，（d）相位角與頻率的 Bode 圖。

圖 11. 鑄態(tài)、熱處理態(tài) Al-Ce 合金和熱處理態(tài) HT Al-Ce/GNPs 復合材料在循環(huán)極化測試后的腐蝕形貌 SEM 和 EDS 圖像。

圖 12. 鑄造態(tài)、沉積態(tài)態(tài) Al-Ce/GNPs 和高溫 Al-Ce/GNPs 復合合金在 3.5 wt %溶液中浸泡 1 小時、5 小時、3 天和 7 天后的 BSE 顯微照片：（a）浸泡 1 小時后的 BSE 圖像，（b, b1）浸泡 5 小時后的 BSE 圖像和相應的 EDS 圖譜，（c）浸泡 3 天后的 BSE 圖像，（d, d1）鑄造態(tài) Al-Ce 合金浸泡 7 天后的 BSE 圖像和相應的 EDS 圖譜；（e–h）鑄造態(tài) Al-Ce/GNPs 復合合金浸泡 1 小時、5 小時、3 天和 7 天后的 BSE 圖像；（i–l）高溫 Al-Ce/GNPs 復合合金浸泡 1 小時、5 小時、3 天和 7 天后的 BSE 圖像。

圖 13. 拉伸測試后和高溫處理 Al-Ce/GNPs 復合材料的橫截面形態(tài)和 GND 密度：（a）樣品的橫截面形態(tài)；（b）高溫處理樣品的橫截面形態(tài)；（c, d）GND 密度和（e）GND 密度曲線。

圖 14. 鑄態(tài) Al-Ce 合金、制備態(tài) Al-Ce/GNPs 和高溫 Al-Ce/GNPs 復合材料的 SKPFM 分析。（a）原子力顯微鏡（AFM）形貌圖像，（a1）電位差分布圖，（b）鑄態(tài) Al-Ce 合金中沿白色箭頭的電位差，（c, c1）對應 MPB 區(qū)的 AFM 形貌圖像和電位差分布圖，（d, d1）對應 MPC 區(qū)的 AFM 形貌圖像和電位差分布圖，（f）制備態(tài) Al-Ce/GNPs 復合材料中 c1 和 c1 沿白色箭頭的電位差，（f, f1）對應 MPB 區(qū)的 AFM 形貌圖像和電位差分布，（g, g1）對應 MPC 區(qū)的 AFM 形貌圖像和電位差分布圖，（h）高溫 Al-Ce/GNPs 復合材料中 f1 和 g1 沿白色箭頭的電位