1、本文利用X射線衍射分析儀（XRD）、光學(xué)顯微鏡（OM）、示差掃描量熱儀（DSC）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、納米壓痕設(shè)備、顯微硬度計(jì)、X射線小角散射（SAXS）及靜態(tài)熱分析儀（TMA）等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了具有兩種不同非均勻微結(jié)構(gòu)（納米尺度的相分離及二十面體中程有序結(jié)構(gòu)）對(duì)Zr基塊體非晶合金室溫塑性及變形行為的影響，并從理論上分析了非晶合金的變形機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴采用電弧熔煉/

2、水冷銅模吸鑄的方法制備了ZrCuAlX(X=Ta，F(xiàn)e)塊體非晶合金。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：微量正混合熱元素Ta和Fe的添加能有效改善合金的室溫變形能力，使Cu46Zr47Al7非晶合金的室溫塑性由0.59％分別提高至2.62％和4.81％。通過(guò)研究Fe含量對(duì)合金塑性變形行為的影響，發(fā)現(xiàn)塑性開(kāi)始隨Fe含量的增加而增加，到1at％時(shí)達(dá)到最大，為7.47％。隨后塑性開(kāi)始減小，直至2.5at％時(shí)不能形成完全的非晶結(jié)構(gòu)。TEM結(jié)果表明Fe的添加使ZrC

3、uAl合金中形成納米尺度的相分離結(jié)構(gòu)，形成富Cu和富Fe的非晶相，當(dāng)相分離的尺寸在一定尺寸時(shí)，能很好地提高非晶合金的室溫變形能力。
　　 ⑵通過(guò)調(diào)整合金中Zr含量，系統(tǒng)性地比較研究了Zr65Cu17.5Ni10Al7.5和 Zr69.5Cu12Ni11Al7.5塊體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，這兩種成分相近的合金表現(xiàn)出完全不同的晶化行為和力學(xué)性能。前者表現(xiàn)為單步晶化，形成穩(wěn)定的CuZr2相，而Zr69.5Cu12Ni

4、11Al7.5非晶合金則分兩步晶化，優(yōu)先析出準(zhǔn)晶相進(jìn)而形成CuZr2相，表明該合金中具有二十面體中程有序結(jié)構(gòu)。熱力學(xué)分析表明Zr69.5Cu12Ni11Al7.5塊體非晶合金具有較小的晶化激活能和形核激活能，說(shuō)明了合金中具有較強(qiáng)的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，這與SAXS的結(jié)果相一致。具有二十面體中程有序結(jié)構(gòu)的Zr69.5Cu12Ni11Al7.5塊體非晶合金具有很好的室溫變形能力，其單軸壓縮塑性高達(dá)25％而不發(fā)生斷裂，缺口斷裂韌性達(dá)到86MPm1/2，直

5、徑為1mm的合金樣品彎曲120度以上也不發(fā)生斷裂，表明增加Zr含量有利于形成二十面體中程有序結(jié)構(gòu)，提高非晶合金的室溫變形能力。
　　 ⑶通過(guò)研究應(yīng)變速率對(duì)Zr69.5Cu12Ni11Al7.5塊體非晶合金變形行為的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，該合金存在一個(gè)由“冷剪切”到“熱剪切”的臨界應(yīng)變速率。在低應(yīng)變速率下（≤10-1s-1），合金沿著一條主剪切帶滑移，表現(xiàn)為典型的冷剪切行為。而當(dāng)應(yīng)變速率達(dá)到1s-1時(shí)，剪切帶內(nèi)合金因發(fā)生熱剪切而表現(xiàn)為脆性斷

6、裂。通過(guò)絕熱溫升模型對(duì)其進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，合金的變形行為不僅與應(yīng)變速率有關(guān)，也與樣品尺寸相關(guān)。此外，鋸齒流變行為也強(qiáng)烈地依賴于應(yīng)變速率，并隨著應(yīng)變速率的增大而減小，在應(yīng)變速率達(dá)到10-1s-1時(shí)消失。此過(guò)程類似與摩擦過(guò)程中的滑動(dòng)行為，符合Stick-Slip模型。
　　 ⑷通過(guò)在Zr69.5Cu12Ni11Al7.5塊體非晶合金上形成單一的剪切帶，對(duì)剪切帶的性質(zhì)及非晶合金的變形機(jī)理進(jìn)行直接研究。納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在剪切帶處存在

7、明顯的軟化，其最小硬度（即為剪切帶的硬度）為3.5GPa，且不隨著塑性變形量的增加而改變。但剪切帶的寬度隨著塑性變形量的增加而增大，當(dāng)塑性變形為6％時(shí)，其寬度為160μm，遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)中利用TEM觀察的10-100nm。TMA和DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，剪切帶內(nèi)有劇烈的體積膨脹，最大體積膨脹和自由體積分別為1.14％和1.40％。自由體積的最大值不隨塑性變形量的增加而改變，表明剪切帶內(nèi)的自由體積在塑性變形為2％時(shí)即達(dá)到飽和。利用自由體積模型對(duì)該