题目：Fe-(Mn,Cr)-C系块体非晶合金的形成与性能研究

本论文以Fe基非晶合金为基础，开发了新型Mn-Fe-P-B-C、Fe75Cr5(PBC)20、Cr基Cr-Fe-Co-Mo-C-B-Y和高Cr含量的Cr-Fe-Mo-C-B-Y体系块体非晶合金，研究了其形成、热学性能、腐蚀行为和力学性能，并对相关机理进行了探讨。

首先，通过Fe的相似元素Mn对Fe的替换，开发了最大临界直径为2 mm的MnxFe80-xP10B7C3（x = 15，20，25，30，35，40，45，50，55 at.%）系块体非晶合金。随着相似元素Mn对Fe的替换，其临界直径呈先增大后减小的趋势，该趋势与形成该非晶合金的过冷液体和相应的晶化相间的吉布斯自由能差的变化是一致的；其弹性模量近似线性的变化；其塑性和压缩断裂强度的韦伯模数明显降低，得到了一种压痕断裂韧性约为1.91 MPa·m1/2的脆性Mn基块体非晶合金Mn55Fe25P10B7C3，该断裂韧性在目前所有块体非晶合金中是最低的。对该体系所选的块体非晶合金原子与电子结构的第一性原理分子动力学模拟表明，随着相似元素Mn对Fe的替换，该合金体系的短程有序结构不会发生变化，具有更强共价键的P-Mn原子对可能是其塑性降低的原因。此外， Mn55Fe25P10B7C3非晶合金粉末作为润滑油的添加剂具有优良的减磨效果。

其次，以工业级合金原料制备了Fe75Cr5(PBC)20系块体非晶合金，其非晶形成能力和性能与以高纯度原料制备的相应块体非晶合金的相当。在该块体非晶合金系中：Fe75Cr5P9B4C7具有最大临界直径，为2 mm，其玻璃转变温度、初始晶化温度、过冷液相区、熔化温度和液相线温度分别为733 K、766 K、33 K、1250 K和1300 K；在3 wt.% NaCl溶液中能够能发生自钝化，具有比SUS304不锈钢更优异的耐腐蚀性能；压缩断裂强度和维氏显微硬度分别为3.53 GPa和8.39 GPa。此外，在45#钢基体上利用高速火焰喷涂方法，以工业级合金原料制备了Fe75Cr5P9B4C7非晶合金涂层；与45#钢基体相比，该涂层具有更高的维氏显微硬度，在3 wt.% NaCl溶液中表现出有更优异的耐腐蚀性能。

第三，通过Fe的相似元素Cr对Fe的替换，开发出了最大临界直径为8 mm的新型Cr基块体非晶合金Cr30Fe26Co7Mo14C15B6Y2和Cr45Fe11Co7Mo14C15B6Y2。其玻璃转变温度高达971 K，过冷液相区宽达47 K。在1 M HCl、1 M H2SO4和1 M HNO3溶液中能发生自钝化，具有远高于SUS316不锈钢的优异耐腐蚀性能，这主要是与其高含量的耐蚀性元素Cr和Mo等及其非晶态结构相关。这些Cr基非晶合金的断裂强度、维氏显微硬度、杨氏模量、剪切模量、体模量和硬弹比分别高达4.35 GPa、13.87 GPa、236 GPa、90 GPa、212 GPa和0.06，与其高的玻璃转变温度相对应。在CrxFe56-xCo7Mo14C15B6Y2（x = 15，30，45 at.%）合金系中，随着相似元素Cr对Fe替换量的提高，非晶形成能力降低，玻璃转变温度、晶化温度、熔化温度、断裂强度、维氏显微硬度、杨氏模量、剪切模量和体模量均提高。在1 M HCl、1 M H2SO4和1 M HNO3溶液中，耐蚀性元素Cr的含量对该合金系耐腐蚀性能的影响可能存在一个门槛值（本文中该值约为30 at.%），当该体系中Cr含量低于这个门槛值时，其耐腐蚀性能会随着Cr含量的提高而得到有效的提高，而当Cr含量超过这个门槛值时，其耐腐蚀性能不会随着Cr含量的提高而进一步得到明显改善。

最后，通过相似元素Cr对Fe的替换，开发了最大临界直径为3 mm的新型高Cr含量的CrxFe58.8-xMo14.7C14.7B9.8Y2（x = 29.4，36.75，44.1 at.%）块体非晶合金系。其玻璃转变温度高达1000 K，过冷液相区宽达79 K。在1 M HCl、1 M H2SO4和1 M HNO3溶液中能发生自钝化，具有远高于SUS316不锈钢的优异耐腐蚀性能；这主要也是与其高含量的耐蚀性元素Cr和Mo等及其非晶态结构相关。该体系块体非晶合金的断裂强度、维氏显微硬度、杨氏模量、剪切模量、体模量和硬弹比分别高达4.31 GPa、14.15 GPa、249 GPa、95 GPa、221 GPa和0.06。同时，在该高Cr含量的块体非晶合金系中随着相似元素Cr对Fe替换量的提高，其非晶形成能力降低；玻璃转变温度、晶化温度、熔化温度、断裂强度、维氏显微硬度、杨氏模量、剪切模量和体模量均提高；在1 M HCl、1 M H2SO4和1 M HNO3溶液中耐腐蚀性能没有明显的变化。