合金熔体预析出相的形核过程与其玻璃形成能力对应关系的研究

Metallic glass has become a kind of high performed functional material with a great application potential due to its excellent physical, chemical and mechanical properties compared with conventional crystalline alloys, and it has attracted considerable interest by scientists around the world. Since the lack of a complete and systematic understanding on the formation mechanism of bulk metallic glass and a current qualitative views on the factors that influence the glass formation, there is still not an efficient composition design method for bulk metallic glass, especially for the multi-components systems. As is known, the formation of metallic glass is a process of avoiding crystallization. Thus, the aim of this work is to study the effect of various potential crystalline phases on the glass-forming ability, and particularly the evolution mechanism of composition fluctuation and structure fluctuation during the early stage of nucleation on the atomic scale. By analyzing the local atomic structure and composition condition which is necessary for bulk metallic glass, and thermodynamically and kinetically assessing the effects of potential crystalline phases on the process of crystallization from the supercooled liquid, an efficient compositional design method for metallic would be proposed.

金属玻璃具有与金属晶体不同的内部结构，并具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能，该类材料已经受到了国内外材料研究者的极大关注。但由于目前人们对金属玻璃的形成机理还没有一个完整和系统性的认识，尤其是对金属玻璃形成过程的控制因素主要还停留在定性层面上，至今还没有一种高效的大块金属玻璃成分设计方法，对于多组元体系更是如此。我们知道，金属玻璃的形成就是抑制过冷液体晶化的过程，因此本项目拟从原子尺度上研究不同晶化相类型对多组元合金玻璃形成能力的影响，着重在于探明合金熔体在形核初期成分起伏和结构起伏过程的演化机制。通过总结大块金属玻璃形成所要满足的局域原子结构和成分条件，从热力学和动力学上评估预晶化相类型对合金熔体晶化过程的影响，提出一种快速有效的多组元大块金属玻璃的成分设计方法。

金属玻璃具有与金属晶体不同的内部结构，并具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能，该类材料已经受到了国内外材料研究者的极大关注。但由于目前人们对金属玻璃的形成机理还没有一个完整和系统性的认识，尤其是对金属玻璃形成过程的控制因素主要还停留在定性层面上，至今还没有一种高效的大块金属玻璃成分设计方法，对于多组元体系更是如此。我们知道，金属玻璃的形成就是抑制过冷液体晶化的过程，因此本项目拟从原子尺度上研究不同晶化相类型对多组元合金玻璃形成能力的影响，着重在于探明合金熔体在形核初期成分起伏和结构起伏过程的演化机制。通过总结大块金属玻璃形成所要满足的局域原子结构和成分条件，从热力学和动力学上评估预晶化相类型对合金熔体晶化过程的影响，提出一种快速有效的多组元大块金属玻璃的成分设计方法。在本项目的资助下，我们针对研究目的和研究内容开展了相关工作，并取得了一些有创新性的成果，主要包括：（1）首次阐明了Al基金属玻璃中发生异常有序转变的机理，揭示了Al基金属玻璃难以制备的内在原因；（2）发现了金属玻璃过冷液体中结构异质性（这里主要指混乱度）和动力学异质性（速度和位移）之间的关系；（3）针对Fe基大块金属玻璃，我们提出了一种准确且高效的成分设计方法。其中，在Al金属玻璃中发现异常有序化转变的现象是解释目前金属玻璃领域一些特殊实验结果的重要理论基础，能够为金属玻璃的成分设计尤其是出现类似现象的体系提高重要的理论指导。另外，本工作提出的设计方法是目前对于多组元合金最高效最准确的方法，虽然研究对象是Fe基金属玻璃，但对于其他体系的金属玻璃同样适用。