松山湖材料实验室在增材制造高强韧金属玻璃仿生结构研究中取得进展
01/03/2025
近日，松山湖材料实验室联合香港理工大学与香港中文大学，利用微激光粉末床融合技术，采用锆基非晶粉末成功制造出四种仿生三周期极小曲面（TPMS）非晶合金结构。这些结构实现了特征尺寸小于100μm的超高制造精度。研究显示，其中两种TPMS结构的能量吸收能力超过30 kJ/kg，比强度达到0.08 MPa/（kg/m³）。为了深入揭示非晶合金在断裂失效过程中内部变形机制的演化，本研究创新性地采用原位压缩X-CT技术，对结构在不同失效阶段的内部相互作用机制进行表征与分析。为了进一步理解这一裂纹扩展机制，研究利用有限元方法模拟了首次断裂后结构中的应力分布。实验表明，这种损伤带对提高能量吸收能力至关重要。该损伤带在微裂纹的累积与持续压缩作用下逐步形成，导致断裂碎片嵌入多孔结构中，实现了结构的进一步致密化。仿生非晶结构通过损伤带和剪切带有效耗散能量，可控的裂纹扩展极大程度地提高了其能量吸收能力，同时在一定程度上激发了非晶合金有限的塑性，两者协同作用提升了其损伤容限。此项研究为克服强度-塑性权衡提供了一种新方法，为开发具有出色能量吸收能力的高强度结构非晶合金开辟了新路径，在能量吸收相关领域展现出广阔的应用前景。相关成果以“High strength bioinspired cellular metallic glasses with excellent energy absorption”为题发表在Acta Materialia。（来源：松山湖材料实验室 2025-01-03）
