题目：激光表面处理对铜锆基非晶合金结构和力学性能的影响

       近年来，激光技术在非晶合金材料中得到了广泛的应用。如通过激光表面处理能够在某些非晶合金表层形成梯度复合结构，促使该类合金的室温塑性有了明显提高；通过激光焊接大块非晶合金能够让非晶合金突破铸造尺寸的限制，使其作为结构材料应用成为可能；通过选择激光熔化技术将合金粉末直接熔敷为非晶合金涂层或复杂结构块体非晶合金样件，促使非晶合金在更为广泛的领域得以应用。然而，激光条件作用下的非晶合金结构的转变对其性能有着关键的影响。激光加热的热影响区内晶化产生韧性相，就会提高材料的力学性能；产生金属间化合物等脆性相，就可能使材料的力学性能恶化。所以研究激光对于非晶合金组织结构的影响是很有意义的。

        本文选择具有不同玻璃形成能力的CuZrAlxCo1（x=5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 and 8）块体非晶合金作为研究对象，评估其加热结晶化过程中的热动力学机制，并采用激光熔化技术对其非晶合金表面进行处理，对激光加热后的样品结构进行观察，研究热影响区内结构形貌及其转变机制；并进一步评估激光表面处理对于这几种非晶合金拉伸和压缩力学性能的影响。

       首先我们评估了这几种非晶合金的临界直径。发现随Al含量增加，其合金的玻璃形成能力逐步增大，当Al含量为7.5时，其形成能力最大，临界直径为7 mm；而Al含量继续增加，其形成能力减小。对于每种非晶合金我们均制备了截面为1.5 mm×1.5 mm的方棒状样品，采用Nd：YAG激光器对其进行表面处理，将处理后的样品采用X射线衍射、SEM、TEM来研究其结构和微观形貌，发现当Al含量增加到7%时，激光热影响区内有纳米晶析出；而Al含量继续增加时样品保持先前的单相非晶结构。

       接着我们利用热分析，评估了在不同加热速度下这几种非晶合金的的结晶化行为，利用VFT方程计算获得了每种非晶合金的临界加热速度，即加热速度超过了这个临界加热速度，则非晶合金就会规避结晶化。研究表明，非晶合金的临界加热速度与其玻璃形成能力可能具有相关性；此外，我们通过蓝宝石法测试非晶合金的比热，激光闪射法测试非晶合金的热扩散率等热物理参数，利用Abaqus有限元软件模拟了激光加热条件下该类非晶合金的温度场变化，计算得到了热影响区内激光的加热速度。

        通过实验观测与理论模拟评估比较发现，当Al含量为5%-7%时，激光作用下非晶合金在非熔化热影响区的加热速度小于其临界加热速度，该热影响区内发生晶化；当Al含量为7.5%和8%时，激光加热速度大于其临界加热速度，热影响区内规避结晶化，为单相非晶结构。

        此外，我们还研究了激光表面处理对非晶合金拉伸和压缩力学性能的影响。通过铜模铸造制备了直径为2 mm和3 mm的非晶棒材，利用激光表面处理，测试处理后样品的力学性能。研究后发现，激光表面处理对于铜锆基非晶合金的压缩塑性由0.9%提高到3.5%左右，拉伸塑性也有所提高。