增材制造块状金属玻璃！具有优异的机械性能(2)

时间：2024-02-29 09:07 来源：材料学网作者：admin 阅读：次

图7。用AMZ4-F细粉制备的全XRD非晶(FXA，圆形符号)和大部分XRD非晶(MXA，三角形符号)BMG样品的热影响区LPBF能量密度与晶体尺寸的相关性。

图8。由AMZ4-C粉末制备的8个完全XRD非晶样品的DSC等时扫描显示(a)在Tg以下的结构松弛和(b)结晶峰温度。AMZ4-F粉末的相应数据见补充图S4。虚线表示AMZ4-C粉末的样品完全为x射线非晶(FXA)，而AMZ4-F粉末的样品大部分为x射线非晶(MXA)。

图9。用AMZ4-C粉末制备的LPBF制备的BMG样品的显微硬度图(0.6 mm × 0.6 mm)以及相应的扫描速度和激光功率。硬度图下方表示平均硬度值(hv0.05)，颜色轮廓表示测量的XRD非晶度。对于*柱，除了175 W下的样品使用1750 mm/s的扫描速度外，大多数样品都使用2000 mm/s的扫描速度制备。对于†柱，除了100 W、125 W、150 W和200 W的样品使用4000 mm/s的扫描速度外，大多数样品的扫描速度为4250 mm/s。

图10。由(a) AMZ4-F粉末和(b) AMZ4-C粉末制备的所有完全XRD非晶样品的显微硬度(HV0.05)随能量密度的变化曲线。红线表示硬度数据的线性拟合。

图11。纳米束电子衍射实验及中阶分析。(a) AMZ4-C粉末样品的纳米束电子衍射图示例。(b)两种粉末制备的样品的MRO簇大小与显微硬度的关系图。归一化方差曲线，V与k，以及Q2/V与Q2的图(插图)用于确定AMZ4-C粉末生产的(c)相对较软的LPBF样本和(d)相对较硬的LPBF样本的平均MRO簇大小，AMZ4-F粉末的相应数据见补充图S8。

图12。(a) AMZ4-F和(b) AMZ4-C粉末打印样品的典型压缩应力-应变曲线。每条曲线上的数字表示每个测试组的激光功率，单位为W，扫描速度，单位为mm/s，能量密度，单位为J/mm3。(a)中的黑色箭头表示应力-应变曲线主要来自x射线非晶(MXA)样品。(c) AMZ4-C样品的屈服强度(黑色符号)和(d)塑性应变(黑色符号)，以及松弛焓(红色符号)作为能量密度的函数。(c)和(d)中的红线表示弛豫焓的线性拟合，AMZ4-F粉末的弛豫焓变化趋势见补充图S9。

图13。本研究获得的LPBF AMZ4-C样品的力学性能与其他报道的LPBF BMG进行了比较。(a)断裂韧性与塑性应变;(b)抗压强度与塑性应变。当前工作的数据用球体符号绘制。

研究结果表明，大范围的LPBF激光功率和扫描速度可以有效地制备出具有多种非晶结构和力学性能的高质量、致密、全XRD非晶样品，并对成分为Zr59.3Cu28.8Nb1.5Al10.4 (AMZ4)的BMG有效。基于本研究的结论包括:

•粒径为10 ~ 45 μm的细粉(AMZ4-F)比粒径为25 ~ 63 μm的粗粉(AMZ4-C)具有约1.6倍的表面积和4倍的氧含量。

•当能量密度为19-29 J/mm3 (AMZ4-F)和21-33 J/mm3 (AMZ4-C)时，获得了相对密度较高(<99%)的全XRD非晶材料。虽然在熔池边界的热影响区发现了一些亚微米级的晶体，但这种晶体很少，低于常规实验室XRD的检测极限。

•当AMZ4-F和AMZ4-C粉末的体积能量密度分别增加到~ 30 J/mm3和~ 34 J/mm3以上时，也实现了较高的相对密度和更显著的脱氮作用。在这些情况下，即使在XRD图谱中只看到小峰，样品大部分仍为非晶态时，非晶态相在结构上变得松弛且非常脆，尽管硬度很高，但强度却显著降低。随着晶体尺寸和体积分数的增加，大部分XRD非晶样品的XRD图中出现了小峰。

•当两种粉末的能量密度低于~ 20 J/mm3时，可以保持完全的XRD非晶结构，同时也实现了较低的相对密度。

•与AMZ4-F样品相比，AMZ4-C样品中的氧含量降低了近4倍，从而产生了更好的玻璃形成能力，压缩塑性提高了10倍，断裂韧性提高了50%。当能量密度为16.67 J/mm3时，AMZ4-C样品的力学性能最佳，断裂韧性为~ 38 MPa√m，压缩塑性应变为~ 6%，屈服强度为~ 1440 MPa。

•对于完全XRD的非晶样品，强度和硬度一般随能量密度的增加而增加，松弛焓与能量密度呈负相关。较软的样品在非晶基体中表现出较大的FCC类中量程有序团簇，当能量密度相对较低时，延展性最大，但不会低到导致孔隙率增加1%。这些发现表明，通过在较宽的加工窗口内调整LPBF工艺参数，可以定制BMG的微观结构和力学性能，包括显微硬度、屈服强度和塑性应变。

(责任编辑：admin)

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