塊體非晶合金（BMG）因其長程無序的原子排布特點，展現出高強度、高彈性極限、軟磁性能、優異的耐磨耐蝕性能。然而傳統鑄造技術制備的非晶合金尺寸小、形狀受限, 這極大地制約了非晶合金的發展與應用。近些年來興起的3D打印技術，得益于其逐層加工的特點，可成形任意復雜形狀的零件，這為解決非晶合金成形問題提供了新思路。然而，目前激光3D打印技術（尤其是選區激光熔化-SLM）制備的非晶合金中普遍存在孔洞與脆性晶化相等缺陷，導致成形件強度低、塑韌性差。如何解決這一問題是能否實現非晶合金實際應用的關鍵。

近日，華中科技大學材料學院柳林教授研究團隊利用SLM 3D打印制備出Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3非晶合金，并提出“協同缺陷工程”的設計理念，即：通過協同調控孔洞以及熱影響區中的晶化相兩種缺陷，實現SLM非晶合金高強度、高塑性以及斷裂韌性的良好結合。相關工作以題為“Toughening 3D-printed Zr-based bulk metallic glass via synergistic defects engineering”的研究論文發表在Materials Research Letters上。論文第一作者為博士研究生張鵬程，通訊作者為張誠副教授和柳林教授，通訊單位為華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室。

圖1. (a-b) 不同能量密度下SLM 3D打印Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3非晶合金樣品及粉末的XRD和DSC曲線；(c) 孔隙率和晶化分數隨能量密度的變化趨勢；(d) SLM 3D打印樣品的明場像照片（晶化分數為7.03%），其中插圖分別為S1和S2區域的選區電子衍射照片；(e) 不同孔隙率樣品的SEM照片。

作者以Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3非晶合金為對象，研究了SLM制備過程中工藝參數對微觀結構和力學性能的影響。通過調整工藝參數，可以制備得到孔隙率在0.67%至17.4%之間，晶化分數在4.03%至23.37%之間的一系列樣品。基于調控孔隙率和晶化分數的“缺陷工程”，利用微孔洞誘發剪切帶萌生的增塑作用和熱影響區中析出的納米晶化相的強化效應，實現高強度、高塑性以及高斷裂韌性的良好結合。研究發現：當晶化分數較低（<5%），且孔隙率較高時（>2.8%），SLM成形樣品的壓縮塑性提高，當孔隙率為17.4%時，壓縮塑性可以達到6%；當晶化分數和孔隙率處在中等水平時，SLM成形樣品的斷裂韌性提升，當孔隙率為2.87%，晶化分數為7.03%時，斷裂韌性值最大，約為45 MPa m1/2。

本研究創新地通過調控3D打印非晶合金中孔洞以及晶化相兩種缺陷的比例，從而提高了相應樣品的力學性能，為未來3D打印非晶合金塑韌化提供了可行的微觀結構設計策略。