题目：Zr基块体非晶合金制备及性能的研究

Zr基块体非晶合金因具有优良的物理、化学、力学等性能，在电子、军事、航空航天和精密仪器等领域已经获得应用或具有广阔的应用前景，开展相关的基础和应用研究具有重要的意义。为拓展Zr基块体非晶合金实际应用范围，迫切需要进一步在Zr基非晶合金的形成能力和性能等方面开展更深入的研究。本论文的宗旨是开发制备出具有高非晶形成能力的Zr基块体非晶合金，并针对实际应用对所开发的非晶合金的热稳定性（包括结构弛豫和晶化行为），结构弛豫对其性能的影响，以及不同应变速率下的变形行为进行分析研究。具体研究包括以下内容： 根据“相异相似元素共存原则”和“微量稀土元素添加”开展非晶合金的成分设计，研制得到了具有高非晶形成能力的Zr基块体非晶合金。利用铜模铸造法制备得到的Zr58Nb3(Cu0.55Ni0.45)29Al10块体非晶合金其临界直径达7 mm；在此基础上通过添加稀土元素的方法，进一步开发具有更高非晶形成能力的Zr-Nb-Cu-Ni-Al-RE (RE = Y，Pr，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Lu)合金成分，其中含2 at.% Lu合金的非晶形成临界直径达20 mm。 对所开发的Zr基非晶合金进行了结构弛豫和晶化行为的研究。研究结果表明，Zr基非晶合金在弛豫过程中存在低温结构弛豫区和高温结构弛豫区。通过自由体积理论分析了其结构弛豫过程，认为在低温结构弛豫区原子运动的距离短，使得自由体积减少缓慢，所释放的热量较少；在高温结构弛豫区，原子以集团方式或协同方式运动，自由体积的湮灭速度增加，导致释放出的热量增多。对Zr-Nb-Cu-Ni-Al-RE非晶合金晶化行为的研究表明，其晶化行为与稀土元素的种类有关：La，Ce，Nd，Gd，Pr，Tb，Er稀土元素没有改变合金的晶化析出相，而含1.5 at. % Y或Dy、含2 at. % Ho, Tm或Lu合金的晶化初始相都为二十面体准晶相，但最后的晶化产物都没有发生变化。通过等温结晶法对Zr-Nb-Cu-Ni-Al-Lu非晶合金的形核和长大机制进行了研究，晶化方式为晶核生长受扩散控制的三维长大过程。 研究结果表明，结构弛豫降低了非晶合金的晶化温度。我们认为经过弛豫后，在非晶基体中形成了大尺寸的团簇结构，这些团簇可作为成核中心促进晶化产生，从而降低了材料的热稳定性。弛豫后原子团簇数量增多和自由体积湮灭所导致的原子扩散系数降低使得非晶合金焓弛豫峰的激活能和晶化激活能都比淬态非晶合金的大。研究表明，弛豫态非晶合金的维氏显微硬度比淬态的高。除了弛豫过程中产生的团簇本身具有强化作用外，团簇也能通过阻止剪切带的形成和扩展来提高合金的硬度。结构弛豫提高了非晶合金在NaCl溶液中的耐腐蚀性能，这是由于弛豫引起的体系中自由体积减少，导致高能结构的减少，进而对耐腐蚀性能起到增强作用。 对(Zr0.58Nb0.03Cu0.16Ni0.13Al0.10)100-xLux（x = 0, 2 at.%）块体非晶合金力学行为的研究发现，在其压缩应力-应变曲线上表现出的锯齿流变特征与应变速率有关。低的准静态应变速率下，非晶合金中产生的剪切带就会迅速适应所加应变，能得到充分扩展，从而出现明显的锯齿流变现象；而在高的准静态应变速率下，大量的剪切带同时产生，锯齿流变受到抑制。准静态应变速率时，两种合金的压缩断裂强度都随应变速率增加缓慢降低，而达到动态应变时断裂强度出现明显降低。在准静态条件下，非晶合金的压缩断口比较平坦，而动态条件下断口则变得粗糙，并且发现有大面积粘性介质层覆盖在断面上。非晶合金在不同应变速率下的断裂行为均遵循Mohr-Coulomb屈服准则。