前言

非晶态合金，特别是钛基和铜基合金，由于其高的比强度、较高的非晶形成能力和低的价格等，具有很高的科学研究价值和商业价值。开发新型的具有低密度、高比强度的钛基非晶合金对于拓宽非晶材料的应用具有巨大的潜在作用。目前的非晶形成能力较高的钛基非晶态合金都含有一定量的后过渡族重金属元素（如Ni、Cu、Sn等），这些重金属元素的存在有利于非晶的形成，但同时也降低了合金的比强度，提高了合金的密度，丧失了轻质合金的特点。本书的目的就是去除掉这些后过渡族重金属元素，开发一种新型的具有更高比强度的钛基非晶合金。另外，通过在非晶基体上形成亚稳相制备高强度的非晶复合材料，对于非晶合金在功能材料和结构材料方面的应用具有重要的意义。本书对于Cu-Zr基马氏体合金所形成的非晶态合金及非晶复合材料进行了系统的分析和研究。主要结论和创新点如下。

①在非晶合金的成分设计上利用共晶团簇理论成功寻找到Ti-Zr-Be三元合金最佳非晶形成成分区间，并且总结出不同非晶形成能力合金的成分范围。设计和成功制备了一系列轻质具备强非晶形成能力的Ti-Zr-Be三元非晶态合金。

②系统分析了Ti-Zr-Be三元合金在快速凝固条件下所形成的显微组织及力学性能。三元非晶合金具有优异的综合力学性能，其最大压缩塑性达到15％。特别是合金的比强度达到了450kN·m/kg，合金的过冷液相区宽度达到118K，显示出此类合金作为轻质合金具有潜在的应用前景。

③首次成功开发出Ti-Zr-Be-V四元非晶态合金，其非晶形成能力达到8mm。研究结果表明加入4％（除特别标注外，以下全为原子分数）的V能够使合金的非晶形成能力由三元合金的5mm提高到四元合金的8mm。对于四元合金的玻璃形成、晶化动力学、玻璃转变、液相行为和力学性能进行了系统的分析和研究。研究结果表明，四元非晶合金具有强的玻璃形成能力、高的热稳定性、高的强度和大的压缩塑性。其最大压缩塑性达到12％。其液相脆性参数达到19，显示出强的液体行为。

④成功设计和制备出具有大塑性的Cu-Zr-Al基非晶复合材料，此类合金的显微组织包括板条状的马氏体组织、圆形的奥氏体组织和非晶基体。该复合材料具有高的强度和明显的加工强化。

⑤Al的加入稳定了CuZr（B2）相，抑制了CuZr（M）马氏体相的析出，从而提高了Cu-Zr-Al基合金的非晶形成能力。发现Cu-Zr-Al三元非晶合金的竞争相为AlCu2Zr相，提高合金的非晶形成能力关键是抑制AlCu2Zr相的析出。

⑥对于稀土钇元素在铜基和钛基非晶合金中的作用也进行了系统研究。研究发现稀土元素的添加能够显著提高铜基和钛基合金的非晶形成能力。结果表明合金组元的纯度，特别是氧元素的含量强烈地影响合金的非晶形成能力。不论在铜基和钛基非晶合金中，稀土元素容易同氧原子和合金其他组元反应形成含有氧的化合物，同时这些含氧化合物并不引起其他晶体相的形核和长大，表明稀土元素的添加有利于净化合金和消除氧元素的不利影响。

本书得到了国家“九七三”重点基础研究发展规划项目基金（2011CB605500）的资助，以及国家自然科学基金（51101093、51171015、U1204508、51301019、51272140）和高等学校学科创新引智计划（B07003）的部分资助。北京科技大学林均品教授和山东建筑大学的刘科高教授认真审阅了本书，并提出了许多宝贵意见。

著者

2015年6月