金属玻璃是一类非晶态高性能金属材料,兼有金属与玻璃的优点。金属玻璃材料的强度是其对应同组分晶态金属材料的2-3倍,且在过冷液相区会出现超塑性变形行为,在机械制造、生物医疗、通讯电子等领域具有广阔的应用前景。受成形临界尺寸的制约,难以直接铸造生产出大块金属玻璃,限制其难以成为新一代结构材料。在保持金属玻璃优异物理力学性能的同时,将金属玻璃粉末或金属玻璃薄带增材制造成形三维实体零件是近年来金属玻璃领域的研究热点。本文以实现无裂纹扩展、无氧化、无晶化的高性能金属玻璃零件增材制造为研究主线。通过以金属玻璃粉末为原材料,采用选区激光熔化增材制造技术成形三维实体零件,研究了金属玻璃激光增材制造过程中宏微观裂纹的形成机理,以及激光工艺参数对成形过程中氧化现象的作用机制;采用金属玻璃薄带为原材料超声增材制造金属玻璃零件以及其与晶态金属的复合材料,研究了超声参数对金属玻璃物相组成、热稳定性以及机械性能的影响机理,探究了金属玻璃薄带低温增材制造的可行性,对拓展金属材料的应用领域具有重要意义。本文主要内容如下:1.探究定制的金属玻璃粉末用于选区激光熔化增材制造的可行性,采用数字显微镜表征扫描单道的二维形貌与三维形貌,分析激光能量密度对金属玻璃成形模式以及单道内裂纹、飞溅等缺陷的影响;采用基于计算流体力学-有限元耦合法建立的模型对非均匀单道的应力分布进行模拟分析,将实验与模拟仿真相结合,探究扫描单道内微观裂纹的形成机制。2.通过改变扫描间距调控扫描单层成形过程中的激光能量密度,探究不同激光能量密度下裂纹的扩展机制,研究重复扫描与散焦扫描对抑制裂纹扩展的影响;采用ANSYS additive软件计算分析金属玻璃选区激光熔化成形零件的应力与变形,研究金属玻璃零件内宏观裂纹的形成机理。3.通过以耐氧化的金属玻璃粉末为原材料,在316L不锈钢基板上选区激光熔化成形。采用数字显微镜表征成形样件表面氧化物的形貌与色泽,分析成形过程中氧化反应的剧烈程度;采用Flow 3D软件模拟成形过程中熔池的形成,采用高速摄像机记录选区激光熔化成形过程中的烟羽图像,将原位监测的烟羽信息与扫描轨迹表面的氧化现象以及截面形貌相结合,探究选区激光熔化成形过程中激光能量密度对氧化现象以及熔池形成的影响机制。4.以容易生产的金属玻璃薄带与铜、铝晶态金属薄带为原材料,超声固结增材制造金属玻璃及其复合材料样件,通过对成形样件断面形貌进行显微表征,分析超声工艺参数对成形样件内部接合质量的影响,探究金属玻璃及其与晶态金属复合材料超声增材制造的可行性;通过对成形样件进行X射线衍射与差示扫描量热法检测,分析超声振动对金属玻璃样件物相组成、热稳定性的影响;采用纳米压痕探究超声振动对成形金属玻璃及其复合材料样件机械性能的影响机理。本文开展了金属玻璃选区激光熔化与超声增材制造研究,实现了基于金属玻璃粉末材料增材制造无裂纹扩展的复杂结构金属玻璃零件、以及基于金属玻璃薄带材料在室温下快速增材制造高性能金属玻璃样件,展示了增材制造金属玻璃及其复合材料在机械制造领域的巨大应用潜力,为扩展增材制造金属玻璃的应用奠定了基础。