非晶合金由于沒有位錯、晶界、相界等晶體缺陷，因此具有高強度、高硬度、大彈性應變極限、低的彈性模量以及耐磨損、耐蝕等優良的力學性能與理化性能。特別是在力學性能方面，隨著不同合金體系的開發，其強度也越來越高，其中Co-Fe-Ta-B系非晶合金的強度達到了5000MPa，是目前已知的自然界中金屬材料強度的最高紀錄。
塊體非晶合金所具有的優異的物理、化學、力學性能及精密成形性，使其在航空航天、信息、微機電、日常生活中都顯示出重要的應用價值。目前，非晶合金的成形技術主要包括鑄造、熱壓成型、熱塑性成形和3D打印技術等。
1.塊體非晶合金成形的兩條技術路線
塊體非晶合金的成形可以通過兩條技術路線來實現，一是利用合金熔體的流動性通過壓力鑄造、真空吸鑄或重力鑄造進行成形；二是利用塊體非晶合金在過冷液相區的超塑性特點進行熱壓變形成形。
圖１ 根據非晶合金TTT曲線劃分的兩條技術路線示意圖
圖1為典型的時間-溫度-轉變（TTT）曲線示意圖，其中Tg為玻璃化轉變溫度，Tx為晶化溫度，Tm為熔化溫度。
圖1中的路線1是適合液態鑄造成形的區域，在該區域合金熔體從液態急冷（大于臨界冷卻速率）至固態而形成非晶合金，在這一急冷過程應避免與晶態區域相交；路線2為將非晶合金加熱至過冷液相區并控制其溫度，使其轉變為高粘度過冷流體，然后利用其超塑性特點進行各種熱壓成形，最終獲得非晶合金產品，路線2也需以大于臨界冷卻速度降至室溫。
這兩條技術路線最終都可形成非晶態結構，為非晶合金的近凈成形提供了可能。
2.塊體非晶合金鑄造成形技術
2.1 真空鑄造
MAMZ等利用真空鑄造，獲得直徑為10mm，長為100~130mm的Zr41.5 Ti13.75 Cu12.5 Ni10 Be22.5塊體非晶合金，將其加工成7.5mm×7.5mm的軸承滾動體。
如圖2所示，并與傳統GCr15鋼軸承滾動體的耐磨損性能進行了對比測試，發現非晶軸承滾動體的使用壽命約是其２倍。隨后，又通過銅模成功澆注出內徑為42mm、外徑為63mm、厚19mm的非晶合金環形毛坯件，并提出決定非晶合金液體流動長度的因素包括工藝參數（澆注溫度、鑄型溫度和壓力），液態金屬的熱物理性能（比熱容、密度、結晶潛熱和傳熱系數），鑄件形狀等，為塊體非晶合金的鑄造成形奠定了基礎。
圖2 軸承滾子在旋轉試驗中運行1932min后的表面狀況
2.2 反重力鑄造
反重力鑄造是使坩堝中的金屬液在壓力作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填鑄型，并在壓力下獲得鑄件的一種方法。
NISHIYAMAN等利用Ti41.5 Zr2.5 Hf5 Cu42.5 Ni7.5 Si1、Ti50 Cu25 Ni5 Zr5 Sn5塊體非晶合金，采用反重力鑄造方法制成最大長度為200mm、內徑為1.6mm、外徑為2mm的科氏流量計，相比于不銹鋼產品，其靈敏性提高了近28.5倍。此外，還使用自制的擠壓鑄造系統，成功制備出外徑為5mm、內徑為2.2mm、高為4mm的杯狀試樣，并采用準分子激光退火技術制成壓力傳感器，其靈敏性是普通不銹鋼壓力傳感器的3.8倍，這種傳感器可用于車輛的反鎖死剎車系統?；诜蔷Ш辖鸬牡蜅钍夏Ａ?、極高的彈性模量和高強度，可以制備出高性能的流量計或壓力傳感器。
2.3 壓力鑄造
壓鑄具有產品品質好、生產效率高、經濟效益優良的特點。
ISHIDAM等用壓力鑄造制備出最大直徑為3mm，最小直徑為1.75mm，厚0.25mm的Zr55 Al10 Ni5 Cu30光學MU/SC轉換套筒，且達到所需的尺寸精度和性能指標，如圖5所示。塊體非晶合金不僅能被應用于光學器件，在微機電、醫學等領域均有潛在的應用前景。
LIULH等采用工業級Zr原材料，對Zr基非晶合金壓鑄的形成能力進行了測定。并在Zr55 Al10 Ni5 Cu30基礎上添加不同含量Y，采用二步熔煉和吸鑄相結合，得出當Y含量為0.2％時，非晶的形成能力最強，并以（Zr55 Al10 Ni5 Cu30）99.8Y0.2合金作為壓鑄時的合金成分。通過建立模型，評估壓力對臨界冷卻速率的影響，最終通過壓鑄制得直徑為4~７mm的圓柱體（模具材質為H13鋼）。當模具材質為Cu時，最大臨界直徑可達14mm。另外，其還利用工業級Zr原材料，采用真空壓鑄（EPV-HPDC）法成功壓鑄出臨界尺寸為3×10mm的非晶板材。同時，還壓鑄出手機殼、耳機殼和生物植入物等高精度器件。
圖3 MU/SC轉換套筒的側視圖和MU/SC轉換適配器
3.塊體非晶合金超塑性成形技術
塊體非晶合在金超塑形成型方面主要具有以下三種技術：
3.1 模鍛
模鍛是指在專用模鍛設備上利用模具使毛坯成形而獲得鍛件的鍛造方法。SAOTOMEY等利用Pd40 Cu30 Ni10 P20非晶合金，用超塑性微鍛造儀器成形出寬度分別為２、0.5、0.2μm的V形試樣和納米級DVD存儲器件。
郭曉琳等采用自行研制的微型齒輪浮動模具進行Zr41.5 Ti13.75 Cu12.5 Ni10 Be22.5塊體非晶成形試驗，成功制得分度圓直徑為1mm的微型齒輪。
張志豪等在自制的真空專用爐和精密模鍛裝置上對Zr41.5 Ti13.75 Cu12.5 Ni10 Be22.5板材進行凸輪成形試驗，制備出了厚1.5mm、最大向徑為6.54mm、最小向徑為4.37mm，鍵槽寬度為1mm的精密凸輪零件。
廖廣蘭等利用自主研制的超塑性微成形壓力試驗機，成功制備出模數為0.03、齒數為66和厚度為500μm的Zr41.5 Ti13.75 Cu12.5 Ni10 Be22.5非晶合金內齒輪，并提出齒輪脫模后的飛邊去除工藝。
3.2 熱擠壓
熱擠壓是將非晶合金加熱到過冷液相區進行擠壓獲得成形零件的一種工藝。
LEEKS等通過熱擠壓，在過冷液相區成形出長5mm的Zr41.5 Ti13.75 Cu12.5 Ni10 Be22.5非晶圓柱，此時非晶合金表現為牛頓粘性流動。此外，還根據壓縮試驗結果，構造了應變速率-試驗溫度的經驗變形圖，給出了牛頓粘性流動、非牛頓粘性流動和脆性斷裂３種變形模式的邊界。WUX等用微型反擠出工藝，在過冷液相區成功加工出外徑為2.2mm、厚0.5mm的Zr55Al10Ni5Cu30杯狀試樣，并用SEM證明其非晶結構特征,如圖2所示。
圖4 不同成形條件下反向擠壓成形零件的橫截面和全景掃描圖
3.3 熱壓印
熱壓印工藝是在微納米尺度獲得并行復制結構的一種成本低而速度快的方法。通過在高精度硅模上熱壓印Pt基金屬玻璃，隨后進行熱切割，成功制備出尺寸從幾十微米到幾毫米的鑷子、手術刀等非晶合金零件。
如圖3所示，展現了非晶合金在較長尺寸范圍內精確復刻平邊和銳角的能力。
KUMARG等通過熱壓印得到35nm和55nm的Pt基非晶合金納米棒，并對非晶合金作為模具材料進行探究，發展非晶合金模具展現出優越的復寫和重復使用性能。
Greer及其團隊于2005年發現在沸水溫度即可進行超塑性變形的Ce70 Al10 Cu20非晶合金，發現其玻璃轉變溫度Tg僅為68℃，具有如此低的Tg歸因于與成分相關的低的彈性模量，并用此合金進行彎曲和壓印測試，展現出良好的復刻能力。該合金體系成為研究合金結構弛豫和過冷液態的理想系統。此外，Ce70 Al10 Cu20非晶合金還可用于研究金屬玻璃的長期時效。
圖5 三維微零件的光學和SEM照片
4.3D打印技術
3D打印技術是最有希望突破非晶合金形成能力限制的新型制造技術。選區激光熔化（SLM）和激光立體成形（LSF）技術同屬于3D打印技術，基于分層疊加制造思想，利用高能量激光束將金屬粉末逐層熔化并成形為金屬零件，集成了先進的激光技術、計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術、計算機控制技術、真空技術、粉末冶金技術等；與傳統的金屬成形方法相比，3D打印技術制備的零件具有形狀復雜、相對密度高等優點。
YANGC等通過選擇性激光熔化3D打印技術制備出結構復雜的非晶試樣如圖6所示。通過酸洗的方法處理”晶格結構”試樣，最終得到具有卓越催化性能的多級結構件，展現了這種獨特非晶結構的應用前景。雖然3D打印非晶合金技術仍存在很多的問題和不足，但打印成形的可行性得到了證實，隨著高新技術的不斷發展，3D打印成形非晶合金一定會取得突破。
圖6 3D打印的CAD模型及零件
5.展望
近年來，塊體非晶合金無論在基礎理論研究方面還是制備工藝方面研究都取得了巨大的進步，并且逐漸由實驗室研究走向商業應用。由于塊體非晶合金目前存在成形尺寸小，成本高，復雜零部件成形困難等問題。未來非晶合金將朝著生產高效率，工藝成本低的大尺寸、薄壁、復雜形狀等方向發展，并且在航空航天、軍事武器、汽車工業以及消費電子等領域得到更廣泛的應用。
