基于相场法的非晶合金玻璃形成能力预测与成分设计

非晶合金的玻璃形成能力（Glass forming ability, GFA）是制备大块非晶材料的关键因素，对其进行科学有效的表征与预测是非晶研究领域的重要课题。目前已有的各种非晶合金GFA判据均只是特征温度的函数，纷繁复杂且不具有普适性。针对这一问题，本项目从热力学和动力学这两个基本层面出发，采用相场模拟的方法研究非晶合金熔体的凝固动力学过程，得到不同温度下的等温转变曲线，测算临界冷却速率，并将之作为GFA的本征性判据，探索影响临界冷却速度的控制因素及其规律，揭示各种热力学参数和动力学参数与GFA之间的内在关系，研究大块非晶合金具有高GFA的原因，为制备尺寸更大的非晶合金材料提供理论依据，并根据相场模拟结果进行合金体系选择和成分设计，使其具有较高的玻璃形成能力，实现对本项目理论结果的实验验证。

本项目针对大块非晶合金玻璃形成能力（Glass forming ability, GFA）的表征与预测这一重要科学课题开展系统研究，取得了一系列有特色的研究成果。采用相场模拟的方法研究了过冷金属熔体的临界形核势垒，揭示了深过冷时实验测得形核率远高于经典形核理论预测值的原因；基于相场模拟结果，提出可采用临界冷却速度作为GFA的本征性判据，并对多种非晶态合金体系的GFA进行了表征；模拟了Fe75B25合金中非晶转变过程以及快速冷却时晶相与非晶相的竞争形核长大过程，对Fe-B二元合金体系玻璃形成能力做了预测，与实验结果相吻合；制备了大块NdFeAl非晶合金，显示出较好的硬磁性能。