金属玻璃是不是一个又大又复杂又难做的东西?

来源:未知 作者:干式变压器厂家电 时间:2020-05-08 09:36 点击量:

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最近,大连交通大学吕副教授等与哈尔滨工业大学和英国伯明翰大学的研究人员合作,利用同轴送粉激光三维打印技术和工艺有限元模拟,成功制备了非晶含量超过90%的大尺寸锆基非晶合金,优化了最佳工艺参数。更重要的是,形成的非晶合金具有沿印刷标记的梯度布局,这为非晶合金作为梯度材料在功能领域的应用提供了可能性,扩大了非晶合金的应用范围。发现非晶合金的梯度结构是由同轴送粉激光3D打印过程中发散打印层的发散热历史引起的发散水平的结晶引起的。

图1激光3D打印锆基非晶合金材料及组装示意图

图2有限元模拟激光3D打印锆基非晶合金参数优化

图3激光3D打印锆基非晶合金的宏观描述和微观梯度结构

我们知道非晶态合金由于其原子排列的长程无序和短程有序而表现出优异的物理、化学和机械性能,而这是一系列传记晶体合金所不具备的。这使得它们广泛应用于轨道交通、航空航天、汽车和船舶、装甲防护、综合仪器等领域。然而,需要以更快的冷却速度获得亚稳态的非晶合金,而目前使用的铜模锻只能生产临界尺寸更小的非晶合金。此外,大块非晶合金在室温下很难加工,因为它们在室温下具有严重的脆性。用于复杂形状部件的模具不能被加工或者难以制造,这使得难以获得详细且复杂的非晶合金部件。这已成为制约非晶合金应用的另一个瓶颈。因此,如何突破非晶合金的临界尺寸限制,以及复杂零件的制备和加工,是拓展其在相关领域应用的关键。

图4非晶合金的优异性能

近年来,激光3D打印技术的快速发展为解决上述问题提供了契机。激光三维打印技术属于快速成型技术,不同于切割等传统加工技术。激光三维打印技术是一种基于数字模型文件的“附加制造”技术,是一种数字化、短周期、低成本的先进制造技术,具有“定义皮革”的含义。由于激光3D打印技术是逐点离散熔覆沉积成型方法,激光在各点加热的面积小,熔池的热量可以快速扩散到衬底上,因此激光熔池的冷却速度远远高于非晶合金的临界冷却速度,从而可以避免熔池在冷凝过程中结晶,进而可以获得非晶状态,从而可以制备无尺寸限制的非晶合金。此外,激光3D打印以金属粉末为原料,通过高能激光束逐层熔化积累金属粉末,通过数字模型直接一步完成全致密、高功能、复杂金属零件的“近终成形”制造,为制备复杂的非晶合金结构提供了一种幻想手段。

因此,鉴于当今非晶合金面临的尺寸小、制造和加工复杂部件困难的问题,激光3D印刷技术有可能解决上述问题并实现非晶合金的大规模应用。

图5激光三维打印技术制备非晶合金的优势

金属玻璃是不是一个又大又复杂又难做的东西?

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