离子束混合研究若干三元金属系统中非平衡合金相的形成

本申请项目拟应用多层膜离子束混合方法来研究若干三元金属系统中非晶态合金，即金属玻璃，形成的规律；以及与晶态- - 非晶态相变有关的结构相变，即在非晶化相变附近的结构相变。(1)研究的系统以Cu-基、Zr-基、和Fe-基的三元金属系统为主。(2)离子束混合实验主要研究组元金属的晶体结构、原子尺寸、以及电负性等特征参数对非晶态合金形成的影响；与文献中主要用液态快速凝固方法制备块体金属玻璃的结果进行比较；同时也与申请人参与的另一个以计算和模拟研究为主的课题(50871058)所得到的结果相比较。目标是从实验和计算两方面的研究结果建立起金属玻璃形成的理论。(3)用纳米多层膜离子束混合的方法，调节剂量来研究合金相形成的细致的过程，以及在"欠"剂量和"过'剂量（相对于达到非晶化而言）辐照下所诱导的结构相变，如合金相的调幅分解、晶体相的分形生长等。

（1）在7个Cu-基、Zr-基和Fe-基的三元金属系统，和与其相关的四个二元金属系统（Cu-Hf、Cu-Mo、Cu-Zr和Fe-Hf）中，离子束混合都能制备出非晶态合金（即金属玻璃）；同时也在有些合金成分内制备出含非晶+晶相的复合材料，其力学性能有可能比纯非晶态更好。这些研究成果对发展三元金属玻璃形成的理论提供了有意义的实验数据，同时在实际中，对合金成分的设计也有重要的参考价值。（2）建立了二元金属玻璃形成的原子尺度理论：从系统的多体势出发，计算与模拟揭示了（a）晶态-非晶态相变（即非晶态合金形成）的物体本质是：固溶体晶格在溶质浓度超过临界值时的失稳而塌陷为无序状态（非晶态）；（b）而且从多体势计算出相应系统的两个临界固溶度，它们之间的成分范围就是能量上有利于非晶态合金形成的成分范围，即系统（定量）的玻璃形成能力。这个定义可以看成是玻璃形成能力的物理定义。在工程实际中，用某种特定的金属玻璃制备技术在实验中确定的有利于形成非晶态合金的合金成分范围，应该称之为“表现玻璃形成能力”。（3）率先从Ni-Zr-Ti、Cu-Zr-Al、Cu-Hf-Ti等三元金属系统的多体势计算出能量上有利于形成金属玻璃的成分范围，为进一步建立三元金属玻璃形成的原子尺度理论打下了基础。（4）多层膜离子束混合在Fe-Rh,Mo-Pd,Mo-Ta,Au-Ta系统中，不仅能形成非晶态合金，还获得了亚稳新相和观察到与相变有关的分形生长现象。（5）首次用第一性原理计算出经典的Cu3Au的结合能。2010-2012年发表SCI论文20篇，包括一篇发表在MS&E:R上的综述论文。曾在国际会议上做大会特邀报告3次，分会特邀报告2次。在科研中培养了6名博士生。总体来讲，完成了计划的研究内容，并有所拓展，成果达到国际先进水平，有些处于领先地位。