中外三校顶刊综述丨金属玻璃和高熵合金增材制造的意义、进展、存在问题与未来方向

金属玻璃和高熵合金是近年来引起广泛关注的两种代表性新型合金，他们都是多组元金属材料，具有有趣的微观结构，表现出优异的机械性能（如超高强度和硬度、高耐磨性、高弹性极限）及高的耐腐蚀性能、先进的催化性能、生物相容性及出色的磁学性能；它们通常可利用液体凝固（例如，铸造、熔体纺丝）制造，但在大尺寸和复杂几何形状部件的制造方面遇到了瓶颈。

作为新兴的简便且可定制的制造技术，增材制造以分层方式进行制造，材料浪费少、灵活性高，且无需模具即可制造高度复杂的几何形状，又能克服临界尺寸的限制，广泛应用于电子、航空航天、机器人、医药等众多领域。增材制造中，原料的熔化和随后的凝固被限制在高能束扫描引起的微小区域中（通常为几十微米），冷却速率可达103–108K/s，极高的选区熔化冷却速率利于完全非晶态金属玻璃的形成，也可以通过限制扩散提高高熵合金的化学均匀性；增材制造还可用于调控金属部件的微观结构。金属玻璃和高熵合金增材制造的探索方兴未艾。

     

中国矿业大学先进结构与功能材料力学课题组联合华中科技大学材料科学与工程学院材料加工与模具技术国家重点实验室和澳大利亚伊迪斯科文大学研究人员在Journal of Materials Science & Technology期刊发表了综述文章，系统全面综述了金属玻璃和高熵合金增材制造的历史、现状与前景，包括传统制造遇到的困难及金属玻璃和高熵合金增材制造的优势，讨论了增材制造金属玻璃和高熵合金的体系、缺陷、孔隙、密度及力学、磁学、催化等各种性能的最新研究进展，总结了性能提升的各种措施，并就目前遇到的问题挑战提出解决方案、指出了未来的方向。通讯作者为中国矿业大学杨卫明教授和澳大利亚伊迪斯科文大学终身教授张来昌。

综述主要内容

④ 就金属玻璃及高熵合金增材制造探索中遇到的问题与挑战，归纳提出了解决方案，展望了未来方向。

图文解析

     

表2 激光选区熔化制造高熵合金的参数

总结与展望

金属玻璃和高熵合金增材制造中制造参数的变化会导致不同微观结构与性能的出现，可通过参数优化、扫描策略优化、引入新相、热处理、重熔、预热等方式提升打印质量。目前亟需解决的问题和未来研究方向包括：缺陷的产生与消除、裂纹的产生、消除及热应力的影响、晶化与相变、氧化的缓解与化学均匀性、新的适合增材制造的合金粉末的开发、过程-结构-性能关系的建立、实验与多尺度模拟的结合、高通量制造、机器学习与人工智能的引入、增材制造金属玻璃及高熵合金应用的拓展等。