Fe基非晶合金因强度高、硬度高、软磁性能优异等优势，得到人们极大关注。然而，目前实验室和工业领域利用铜模铸造法所能制备的Fe基非晶合金尺寸仍然较小只有10mm左右，这严重制约了Fe基非晶合金作为结构材料在工业领域的实际应用。激光3D打印技术的出现为解决上述问题提供了难得的契机。然而，目前国内外的研究报道中可以明显看出，利用激光3D打印技术制备Fe基非晶合金存在较为严重的裂纹，这主要是因为在激光3D打印过程中，熔池区域的急冷急热会导致十分严重的热应力，塑性较差的Fe基非晶合金样品在打印过程中会发生开裂，所以利用激光3D打印技术制备大尺寸的非晶合金样品十分困难。

　　在Fe基非晶合金中引入塑性较好的第二相来吸收热应力，防止在激光3D打印过程中发生开裂，能成功打印出大尺寸的Fe基非晶合金复合材料。

　　以工业领域已经应用的一种Fe37.5Cr27.5C12B13Mo10非晶合金作为研究对象，向该合金中引入第二相Cu，通过第二相Cu自身的塑形来吸收打印过程中不断产生的热应力，进而抑制裂纹的萌生。通过上述方法成型的大尺寸Fe基非晶合金复合材料，宏观上没有裂纹发生且成型性良好，但微观上仍在局域发现微小裂纹。由于Cu将Fe基非晶合金包裹在中间，所以这些局域的微裂纹没有扩展，也没有贯穿整个材料，打印的Fe基非晶合金复合材料成型性没有受到较大影响。

       1变量的影响

　　1.1激光功率对成型性影响

表1  不同激光功率的单道多层打印工艺参数组合

图1 不同功率激光公里处打印样品的宏观形貌

　　由图1可以看到，随着激光功率的不断增加，打印样品的成型性逐渐提高，但当功率高过2400W之后，打印的成型性又开始变差。经观察当激光功率在2200W和2400W时，样品厚度均匀，宏观形貌良好且达到了预计的高度。因此选取2200W和2400W、扫描速度600mm/min被选择作为较为合适的工艺参数深入研究

　　1.2复合第二相Cu粉加入量对成型性的影响

　　摸索Cu的添加量对激光3D打印Fe基非晶合金成型性的影响。按照一定质量比向非晶粉末中复合30%-50%的铜粉，尝试的打印工艺参数如表2所示。

　　表2不同铜粉加入量的单道多层打印工艺参数组合

　　图2不同铜含量成型样品的宏观形貌

　　由图2可以看出，样品的成型性会随着铜含量的增加而逐渐得到改善，特别是当铜含量增加到50%时，样品的宏观形貌均匀平整。而且2400W成型效果好于2200W，主要因为短时间内热输入量较高，使粉末原料熔化比较充分，并且热量可以迅速通过已成型的样品和基板扩散掉，可以获得较好的宏观形貌。

　　2大尺寸试验

　　使用单道多层打印方法获得较好的打印工艺参数，进行大尺寸块体的激光打印，工艺参数如表3

　　表3激光3D打印大尺寸非晶合金工艺参数组合

　　图3不同工艺参数样品的宏观形貌

　　图3给出试验的宏观形貌，可以发现都可以实现较好的成型，且表面没有发现明显的宏观裂纹缺陷，为了进一步观察内部是否有微裂纹缺陷，需观察内部的微观形貌。

图4  块体非晶合金复合材料微观组织图

图5  不同工艺参数下大块非晶合金的DSC曲线

由图4、5可以看出，合金内均存在着一定含量的非晶相。

　　3力学性能

　　图6为不同工艺参数下大块非晶合金的压缩曲线，可以看到当铜含量一定时，大块非晶合金在激光功率P=2400W时表现出了较好的塑性及较高的强度。这是因为，单位时间内块体内部热输入较高，使复合的第二相铜粉和铁粉达到较好的融合，两相成网状均匀分布，提高了大块非晶合金的强度。而当激光功率一定时，可以发现铜的加入量为50%时，大块非晶合金表现出的强度及塑性要好于铜含量为40%时，因为铜的加入量越大，铜对铁基的包裹性越好。由于非晶合金自身脆性的特点，在铁基相内存在着孔洞裂纹等微观缺陷，因此高的铜含量可以吸收块体非晶合金打印过程中释放的热应力而减少铁基合金内部的裂纹。通过整体观察发现激光功率P=2400W，铜粉加入量为50%时的工艺参数下打印出的块体非晶合金的力学性能相对最优。从图7的分析中可以看到，尽管激光3D打印成型的Fe基非晶合金复合材料有一定的力学性能，但是强度较低，这是添加较多的Cu所致。但是，如果不添加Cu来复合Fe基非晶合金，激光3D打印的Fe基非晶合金会有十分严重的裂纹，完全没有力学性能，目前该方面的研究还在继续。

图6  不同工艺参数下大块非晶合金的压缩曲线

　　METALLAB一站式金属材料服务服务平台

　　METAL LAB是盘星新型合金材料（常州）有限公司专门为金属材料行业打造的面向科研机构的服务平台。团队包括多位材料学博士、硕士及经验丰富的技术人员，致力于新型金属材料的研发，提供包括“高纯金属-合金熔炼-成型-制粉-检测”在内的一站式金属材料科研服务，助力研究单位减少材料浪费，加速科研进程，解决实验工艺屏障，打破科研设备障碍，保障实验与产品可控可靠。

1.熔炼成型

电弧熔炼、成型炉A： 高真空电弧熔炼、成型，可快速实现少量合金定制，适用于合金材料快速验证。拥有多种成型方式，可用于少量材料开发和测试，熔炼过程无污染，无杂质引入。质量≤500g/工位（密度7.0折算）。

电弧熔炼、成型炉B： 高真空电弧熔炼，成型，可快速实现公斤级合金定制，拥有多种成型方式，熔炼过程无污染，无杂质引入。质量≤4000g/工位（密度7.0折算）。

感应熔炼、成型炉： 高真空感应熔炼，成型，可快速实现公斤级合金定制，拥有多种成型方式，成型尺寸多样。质量≤5000g/工位（密度按照7.0折算）。

2.粉末定制

多功能中试真空气雾化制粉设备 多功能中试真空气雾化制粉设备（VIGA）是我公司基于研发工艺和对外加工服务的需求，快速响应多种合金的熔炼制粉特点，定制的集成3种功能制粉的专用气雾化制粉设备。设备定位于小批量，或者少许试样粉末的需求，而特定设计制造的

3.增材验证

材料验证-GE Concept Laser M2 UP1

 4.测试服务

场发射扫描电镜	金相显微镜	激光粒度仪	等离子体光谱仪	同步热分析仪
ZEISS	Leica	Malvern	Thermo	PerkinElmer
SIGMA 300	DM2700M	3000	iCAP 7200	STA8000