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Ti基非晶合金通常具有较低的密度和较高的强度,并且由于Ti元素本身具有良好的生物相容性和耐蚀能力,因此具有潜在的生物医用价值。但其玻璃形成能力主要依赖于Be、Ni等具有生物毒性元素和Pd、Ag等贵金属元素的添加,不含上述元素的Ti基非晶合金的临界尺寸不超过3mm,并且前过渡族元素含量均不超过55%。“团簇加连接原子”模型结合团簇式有效价电子数判据(e/u=24)可以有效的解析和设计具有最佳GFA的合金成分。该方法中团簇的定义仍然包含经验性因素;并且与电子数计算密切相关的团簇半径的计算方法在结构简单的合金体系中的适用性仍有待考证。同时,由于该模型基于对于单相理想非晶结构和稳定性的描述,合金化元素的添加导致的晶化行为改变对其产生的影响仍需进一步研究。针对以上问题,本文完善了团簇的定义方法和团簇半径的计算方法,从而提出更具通用性的非晶合金设计流程,并应用于Ti-Cu合金系统中以开发具有较高玻璃形成能力和前过渡族元素含量的非晶合金;研究合金化元素含量对条带非晶合金退火晶化行为的影响,探寻其与玻璃形成能力的关联性,进而辅助非晶合金的成分设计;研究合金化元素对于Ti基非晶合金耐蚀性和塑性变形能力的影响和机制,以获得具有一定塑性变形能力和良好耐蚀性能的Ti基非晶合金;并对团簇模型在多相合金系统中的应用进行初步的探索。论文主要内容与研究成果如下:1、结合过渡族合金系统的特点,本文提出了采用fcc或bcc结构的第二近邻径向距离作为截断距离来定义团簇的方法,和采用单质元素的半径进行主团簇半径计算。提出了更具通用性的非晶合金成分设计流程,并且应用于Ti-Cu体系成功的开发了[Ti-Cu5.45Sn0.55Ti6.2Zr1.8]Cu3(5mm)、[Cu-Ti6.4Zr1.6Cu4]Cu0.5Sn0.5(4mm)等块体非晶合金;热参数和e/u与玻璃形成能力关联性的分析结果表明,团簇有效价电子数e/W≈24是合金高玻璃形成能力的必要条件,可以有效地指导成分设计。2、发现了单一合金化元素含量作为变量时,热参数和团簇有效价电子数均不能完全反映玻璃形成能力改变。通过研究Zr和Sn两种合金化元素添加对非晶合金退火晶化行为的影响,发现随着合金化元素含量的升高,DSC曲线中,新相取代被抑制的晶化相出现在较低的温度,标志着合金化元素对玻璃形成能力增强作用的结束,而该临界点也就对应着最大的玻璃形成能力。Ti-Cu体系中这种转变均为发生在DSC曲线的第一晶化放热峰处,是热参数失效现象的原因;同时优先析出晶化相的改变也意味着初始状态非晶合金近程结构的改变,因而转变发生后由取自原晶化相团簇计算得到的e/u数值在转变之后也不再具有指导意义。将该结论应用于合金[Ti-Cu6-ySiTi6.2Zr1.8]Cu3和[Cu-Ti6.4Zr1.6Cu4-ySiy]Cu中,可以有效的确定其合金化的适量范围,并结合e/u和Trg数值对玻璃形成能力进行预测,实验结果与预测相符。3、Mo含量的升高均会促进CuTi2相向低温区的偏移,导致玻璃形成能力的下降;过量添加的铸态合金样品中发现了β-Ti基固溶体相的析出,可以推断由于Mo在Cu中极低的固溶度导致合金中存在局域成分分离,而前过渡族元素的偏聚也是导致具有较高Ti含量的CuTi2相易于析出的原因。Nb元素添加时晶化行为并未产生明显的规律性,但形成能力也随着含量的升高快速下降。动电位极化实验结果表明,微量Mo和Nb的添加即可有效的提高合金在PBS溶液中的耐蚀性。电化学阻抗谱结果表明,低频部分应与非晶合金的“类液区”存在关联。而Mo和Nb的添加同样作用于这一区域,本文提出其机制为Mo和Nb在“类液区”的偏聚导致前过度族元素富集,因而提高了钝化膜的稳定性。通过同样在Cu中具有极低固溶度的Fe元素的添加可以提高塑性变形能力,合金[Cu-Ti6.4Zr1.6Cu4]Cu0.25Fe0.25Sna5 塑 性应变约 为 2.44%。最后设计 了[Cu-Ti6.2Nb0.2Zr1.6Cu3.85Si0.15]Cu0.4Fe0.25Sn0.35合金,实验结果表明该合金具有接近5mm的临界尺寸,并具有一定的塑性变形能力,同时表现出较好的耐蚀性。4、对团簇模型在多相系统中的应用进行了初步的探索。通过对比(Ti/Zr/Hf)-(Co/Ni/Cu)共九个ETM-LTM体系中相变反应中两个固相的平均团簇配位数的差异,可以发现包晶反应中两个固相的平均配位数差异较小,而共晶反应两个固相的平均配位数差异较大;利用团簇加连接原子模型和有效价电子数判据解析了Mg-Cu及Mg-Cu-Y体系中的理想非晶形成成分,并利用的双团簇模型解析了二元共晶点Mg58Cu42,即[Mg-Cu4Mg11]Cu2Mg+[Cu-Cu6Mg6]Cu=Mg19Cu14≈Mg57.58Cu42.42。二元共晶的双团簇模型与SNDP-GC合金的相组成具有相似性,而SNDP-GC合金的形成可以看作是一种广义上的“Eutectic”反应;利用固溶体的团簇模型作为结构单元解析了AuCu3型有序无序转变,当假设单元中一个Au原子与其最近邻的Cu原子交换位置时,可以计算其对序参量的影响,结果表明该情况下得到的序参量为α≈-0.157,数值上及其接近实验中测得的有序无序转变刚刚结束时结构对应的短程序参量-0.152。同时可以计算相应的焓变与熵变,结果均与实验值接近。