大连交通大学：激光3D打印大块非晶合金
非晶合金又称金属玻璃，由于其原子排序长程无序、短程有序的特点，其在物理、化学以及力学性能上都呈现一系列传统晶体合金所不具备的出色特性，这使其在轨道交通、航空航天、汽车船舶、装甲防水、精密仪器等领域都不存在普遍的应用于前景。然而，正处于亚稳态的非晶合金必须在较慢的加热速率下才能取得，而目前一般来说使用的铜模铸法不能制取出有临界尺寸较小的非晶合金。另外，由于块体非晶合金不存在相当严重的室温脆性问题，其在室温下无法展开机械加工。
非晶合金又称金属玻璃，由于其原子排序长程无序、短程有序的特点，其在物理、化学以及力学性能上都呈现一系列传统晶体合金所不具备的出色特性，这使其在轨道交通、航空航天、汽车船舶、装甲防水、精密仪器等领域都不存在普遍的应用于前景。然而，正处于亚稳态的非晶合金必须在较慢的加热速率下才能取得，而目前一般来说使用的铜模铸法不能制取出有临界尺寸较小的非晶合金。另外，由于块体非晶合金不存在相当严重的室温脆性问题，其在室温下无法展开机械加工。简单形状构件的模具无法或很难加工生产，造成难以获得仪器简单的非晶合金构件，这沦为制约非晶合金应用于的另一个瓶颈。
因此，如何突破非晶合金临界的尺寸容许和简单构件的制取加工是拓展其在涉及领域应用于的关键。图1非晶合金的出色性能近年来，激光3D打印机技术的迅猛发展为解决问题上述难题获取了契机。
激光3D打印机技术归属于较慢成形技术的一种，与传统的工件等机械加工技术有所不同，激光3D打印机技术是一种以数字模型文件为基础的“增材生产”技术，是一种具备“变革性”意义的数字化、短周期、低成本的先进设备生产技术。由于激光3D打印机技术是一种有理线性熔覆沉积的成型方法，其每点的蒙受激光冷却面积较小，熔池的热量可以很快向基体蔓延，使得激光熔池的加热速率远大于非晶合金的临界加热速率，使得熔池在冷凝的过程中可以防止再次发生晶化，进而取得非晶态，这为无尺寸容许地制取非晶合金获取有可能。另外，激光3D打印机是以金属粉末为原材料，通过高能激光束对金属粉末逐级熔融冲刷，必要由数字模型一步已完成仅有颗粒、高性能、简单金属零件的“近终成形”生产，这为制取简单的非晶合金可分获取理想的手段。
因此，针对目前非晶合金所面对的尺寸较小和无法制取加工简单构件的问题，激光3D打印机技术是最有可能解决问题上述问题，并构建非晶合金大规模应用于的技术。图2激光3D打印机技术制取非晶合金的优势最近，沈阳交通大学的吕云卓副教授等人与哈尔滨工业大学和英国伯明翰大学的研究人员合作，利用同轴送来粉激光3D打印机技术，通过有限元仿真的方法优化最佳工艺参数，顺利制取出有非晶含量多达90％的大尺寸Zr基非晶合金。更为重要的是，成型的非晶合金沿着打印机方向具备梯度结构，这为非晶合金作为梯度材料在功能领域的应用于获取有可能，不断扩大了非晶合金的用于范围。
研究找到，该非晶合金的梯度结构是由于在同轴送来粉激光3D打印机过程中有所不同打印机层所经历的有所不同热历史所引发的有所不同程度的晶化造成。图3激光3D打印机Zr基非晶合金的材料及装置示意图图4有限元仿真激光3D打印机Zr基非晶合金参数优化图5激光3D打印机Zr基非晶合金的宏观形貌及微观梯度结构研究人员利用同轴送来粉激光3D打印机技术，通过有限元仿真的方法优化最佳工艺参数，顺利制取出大尺寸、非晶含量较高、且具备梯度结构的Zr基非晶合金。本研究成果不仅获取了一种制取大尺寸具备简单形状的非晶合金的新方法，也为增进高性能非晶合金在工程和功能领域的大规模应用于奠下了基础。
该研究结果获得了国家自然科学基金（51671042，51671043，51401041）、辽宁省教育厅重点实验室基础研究项目（LZ2015011）的资助。
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