无长程扩散条件下非晶合金原子结构有序化的演变规律及形成机制

非晶合金具有优异的物理、化学和力学性能，已引起了科学界和工业界的广泛关注，成为当今材料界和物理界最活跃的研究领域之一。本项目以Al基非晶合金为研究对象，拟采用计算模拟与先进实验技术相结合的方法，对非晶合金在无长程扩散条件下的原子有序化行为进行系统研究。通过研究无长程扩散的玻璃转变过程中各种有序原子结构的种类、数量随温度、合金成分的演变规律，揭示非晶合金局域有序原子结构的多样性；通过对过冷熔体和非晶合金中有序结构进行对比研究，建立二者之间的结构关联性；通过研究非晶合金在玻璃转变温度以下向纳米晶转变的原子有序化行为，获得无长程扩散条件下非晶合金纳米晶化过程中原子有序化的微观机制。项目的开展将促进对非晶合金原子结构多样性的全面认识，加深对玻璃转变和玻璃态本质的理解，同时也将为理解和控制非晶合金的纳米晶化提供理论基础。

非晶态合金的原子结构及其有序化行为是当今材料和物理领域最重要的基本科学问题之一。本项目采用计算模拟与先进实验技术相结合对此问题进行了系统研究，取得了以下主要进展：（1）揭示了非晶态合金原子排列的普遍规律，在此基础上提出了非晶合金原子堆垛普适模型；澄清了液态和非晶态合金原子结构的本质区别；（2）明确了过冷液态和非晶态Al中的短程序和中程序结构，并揭示了非晶Al玻璃形成能力差的结构起源；（3）研究了过冷液态和非晶态Al-Ni合金中的各种有序原子结构，明确了Y元素对Al-Ni非晶合金原子结构的影响规律；（4）揭示了非晶合金纳米晶化初生相与非晶态中有序原子结构的关联；（5）编写出描述一维（1D）和二维（2D）准有序结构的Fortran程序，实现了对非晶合金有序化过程中原子结构转变的科学表征；（6）获得了非晶合金在等温退火晶化过程钟原子有序化过程和液态金属快速凝固过程中的原子有序化演变规律，进而揭示了无长程扩散条件下非晶合金纳米晶化的微观机制；（7）通过微合金化法获得了一种新型轻质Al基非晶合金。截止目前，相关研究成果已经在《Physical Review Letters》、《Aata Materialia》等国际期刊上发表SCI收录论文10篇，参加国际会议5次，获教育部自然科学二等奖1项，申请国家发明专利3项，其中已授权2项，1人获北京市科技新星，培养博士生2人、硕士生4人。项目的开展不仅促进了对非晶态合金原子有序结构的多样性及其原子排列共性的全面认识，加深了对玻璃转变和玻璃态结构本质的理解，而且也为理解和控制非晶合金的纳米晶化提供了理论基础。