《非晶合金及其復合材料的激光增材制造》全面介紹了非晶合金及其復合材料的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及科學問題。重點介紹了Zr基和Fe基兩種非晶合金及其復合材料。詳細闡述了激光增材制造Zr基非晶合金及其復合材料的成形過程數(shù)值模擬、工藝參數(shù)優(yōu)化、微觀組織和力學性能，以及梯度結構、層狀結構的強韌化機制；激光增材制造Fe基非晶合金及其復合材料的微觀組織、力學性能和裂紋缺陷控制。本著在理論上講透，實踐上講夠的原則，《非晶合金及其復合材料的激光增材制造》盡量為讀者提供比較豐富、全面的激光增材制造非晶合金及其復合材料的知識。
大連交通大學呂云卓教授團隊經(jīng)過多年科學研究，在Zr基和Fe基非晶合金基體中添加與其成分相近的軟相金屬，利用晶體相出色的延展性來吸收激光增材制造過程中產(chǎn)生的熱應力，同時提升基體的塑性應變，起到給非晶合金增塑的作用。此外，以梯度結構和層狀結構制備非晶合金復合材料，可以實現(xiàn)高強度和良好塑性的理想配合。本書即是呂云卓教師對非晶合金增材制造研究工作的總結。
材料是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。在人類文明發(fā)展的歷史長河中，材料有著標志性的作用。依照材料的不同，人類的歷史可以分為石器時代、青銅時代、鐵器時代以及近代以來的新材料時代。每一種新材料的誕生都會對人類的生活方式產(chǎn)生深遠的影響，都將推動社會的發(fā)展和人類文明的進步。材料的應用領域非常廣泛，大到國防高端產(chǎn)業(yè)，小到生活日用品，從人類文明的最頂層一直到日常生活的點點滴滴都離不開各種各樣的材料。而伴隨著前沿科技的不斷發(fā)展，人類所需要的材料的性能在不斷提高，特別是像航空航天、船舶、軌道交通、汽車、能源以及其他高端制造業(yè)，對材料的要求越來越高，尤其需要在ji端條件下還能正常服役的新型材料。非晶合金的出現(xiàn)吸引了許多科研人員的注意，由于其微觀構成不同于傳統(tǒng)的晶體材料，混亂的內(nèi)部原子結構賦予了其諸多良好的性能，具有廣泛的潛在應用價值，因此非晶合金迅速成為當下研究熱點。
非晶合金是一種亞穩(wěn)態(tài)的金屬材料，不同于傳統(tǒng)金屬內(nèi)部原子的周期性排列。非晶合金由于加工時的快速冷卻，原子有序化進程失效，形成了類似液體的結構，內(nèi)部原子排列長程無序、短程有序，具有金屬與玻璃的雙重特性，所以非晶合金也被稱為金屬玻璃。由于其內(nèi)部的獨特排列，非晶合金沒有傳統(tǒng)晶體中常見的缺陷，如位錯、層錯等，這種結構賦予了其接近理論值的斷裂強度、高硬度、高耐蝕性等特點。非晶合金的獨特結構使其在擁有高強度、高硬度等良好的力學性能的同時，還擁有出色的物理化學性能，在醫(yī)療、軍事、核工業(yè)等方面都有著廣闊的應用潛力。隨著科研的進一步深入，非晶合金必定會應用于各種高端設備，成為金屬材料中不可或缺的一分子。
非晶合金由于其獨特的原子排列方式和微觀組織結構，具有良好的物理、化學和力學性能，并受到越來越多科研團隊的重視。然而非晶合金的臨界尺寸問題和室溫脆性問題嚴重制約了其在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用和長遠發(fā)展。能否突破非晶合金的臨界尺寸和復雜形狀的制備制約是其能否實現(xiàn)大規(guī)模應用的關鍵，而激光增材制造技術的出現(xiàn)為解決上述問題提供了難得的契機。激光增材制造技術的特點是逐點加熱金屬粉末材料并快速冷卻，其冷速超過了絕大多數(shù)非晶合金形成非晶的臨界冷卻速率，可以無尺寸制約地生產(chǎn)制備鐵基非晶合金。但是激光增材制造技術會不可避免地產(chǎn)生熱應力，如果熱應力超過材料屈服強度就會有變形或開裂的風險，而鐵基非晶合金幾乎不顯示宏觀室溫塑性，導致采用激光增材制造技術制備非晶合金會產(chǎn)生裂紋缺陷。利用激光增材制造技術制備非晶合金復合材料有望解決以上困擾非晶合金多年的問題。在非晶合金基體中添加與其成分相近的軟相金屬，利用晶體相出色的延展性來吸收激光增材制造過程中產(chǎn)生的熱應力，同時提升基體的塑性應變，起到給非晶合金增塑的作用。此外，以梯度結構和層狀結構制備非晶合金復合材料，可以實現(xiàn)高強度和良好塑性的理想配合。
本書力圖給讀者提供盡可能豐富的激光增材制造非晶合金方向的資料，但是由于本人水平有限，加之科學技術發(fā)展迅速，有關新技術、新材料不斷涌現(xiàn)，因此難免有不足之處，敬請廣大讀者指正、諒解。若本書對您有所裨益，那我不勝榮幸。在此，對本書所引用資料的國內(nèi)外作者表示敬意和感謝！
大連交通大學 呂云卓
呂云卓，工學博士，教授，博士研究生導師，青年長江學者，就職于大連交通大學材料科學與工程學院。
前言
第1 章 非晶合金及其復合材料概述 1
1.1 非晶合金 1
1.1.1 非晶合金的定義和結構 1
1.1.2 非晶合金的發(fā)展史以及現(xiàn)狀 3
1.1.3 非晶合金的應用 5
1.1.4 非晶合金存在的問題和瓶頸 7
1.2 非晶合金復合材料 8
1.2.1 非晶合金復合材料概述 9
1.2.2 內(nèi)生型非晶合金復合材料的制備方法 9
1.2.3 外加型非晶合金復合材料的制備方法 10
第2 章 激光增材制造Zr 基非晶合金 12
2.1 Zr 基非晶合金的成分設計和粉末制備 12
2.1.1 二元共晶比例法 12
2.1.2 Zr 基非晶合金成分設計 14
2.1.3 Zr 基非晶合金粉末制備 18
2.2 激光增材制造Zr 基非晶合金有限元模擬 19
2.2.1 有限元模擬簡介 20
2.2.2 激光增材制造的有限元模擬 22
2.2.3 激光增材制造非晶合金的晶化動力學分析 34
2.3 激光增材制造Zr 基非晶合金工藝優(yōu)化 39
2.3.1 激光增材制造試驗基板的選擇 40
2.3.2 激光增材制造Zr 基非晶合金工藝參數(shù)優(yōu)化 41
2.3.3 激光增材制造Zr 基非晶合金的結構梯度 45
第3 章 激光增材制造Zr 基非晶合金復合材料 49
3.1 激光增材制造內(nèi)生型Zr39.6 非晶合金復合材料 49
3.1.1 Zr39.6 非晶合金復合材料粉末及其表征 50
3.1.2 激光增材制造工藝參數(shù)優(yōu)化 52
3.1.3 激光增材制造第1 層Zr39.6 非晶合金復合材料 57
3.1.4 激光增材制造第2 層Zr39.6 非晶合金復合材料 63
3.1.5 激光增材制造多層Zr39.6 非晶合金復合材料 77
3.2 激光增材制造梯度結構Zr39.6 非晶合金復合材料 87
3.2.1 枝狀晶體積分數(shù)與工藝參數(shù)對應關系的確定 88
3.2.2 梯度結構非晶合金復合材料的結構設計 94
3.2.3 梯度結構非晶合金復合材料的微觀組織 96
3.2.4 梯度結構非晶合金復合材料的力學性能 98
3.3 激光增材制造層狀結構Zr50/Ta 非晶合金復合材料 104
3.3.1 韌性相Ta 對Zr50 非晶合金的影響 105
3.3.2 層狀結構Zr50/Ta 非晶合金復合材料的結構設計與增材制造 117
3.3.3 層狀結構Zr50/Ta 非晶合金復合材料的微觀組織 118
3.3.4 層狀結構Zr50/Ta 非晶合金復合材料的力學性能 120
第4 章 激光增材制造Fe 基非晶合金 126
4.1 激光增材制造Fe33 非晶合金 126
4.1.1 單道試驗 126
4.1.2 激光增材制造第1 層Fe33 非晶合金 128
4.1.3 激光增材制造第2 層Fe33 非晶合金 133
4.2 激光增材制造Fe41 非晶合金 137
4.2.1 激光增材制造第1 層Fe41 非晶合金 138
4.2.2 激光增材制造第2 層Fe41 非晶合金 139
4.2.3 激光增材制造第3 層Fe41 非晶合金 141
第5 章 激光增材制造Fe 基非晶復合材料 143
5.1 激光增材制造Fe41/ 高熵合金復合材料 143
5.1.1 均質復合 143
5.1.2 層狀結構復合 145
5.2 激光增材制造Fe41/316L 復合材料 148
5.2.1 Fe41/316L 復合材料的宏觀形貌 148
5.2.2 Fe41/316L 復合材料的微觀組織 151
5.2.3 Fe41/316L 復合材料的力學性能 154
參考文獻 158
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