非晶合金（Bulk Metallic Glass,BMG）是上个世纪六十年代发展起来的一种新型金属材料,与传统的金属晶体材料相比较,它具有独特的原子堆积结构,使其在物理、生物、化学等方面具有优越的性能,如:高强度、高弹性极限以及较好的软磁性、电化学性能。但是在室温下,非晶合金很难加工成形的缺点导致非晶合金在工程领域中的应用受到了极大地限制。因此,寻找一条崭新的加工技术路线对非晶合金在未来的发展中具有至关重要的作用。近几年发展起来的非晶合金焊接技术将成为解决非晶合金难加工成型的一种有效途径,但在焊接过程中由于冷却速率及其他因素的影响使得非晶合金在接头处发生晶化,导致接头处的非晶合金失去其固有的优异性能。因此,本文针对大块Zr基非晶合金与晶体铜在焊接过程中接头的结晶及界面处元素扩散等问题,采用分子动力学模拟方法对接头处原子的堆积行为及元素扩散机制进行研究。首先,利用脉冲激光焊焊接技术快速加热和快速冷却的特点对Zr基非晶(Zr44Ti11Ni10Cu10Be25)与晶体铜进行对接熔钎焊工艺试验。通过对参数的优化获得了良好的Zr基非晶合金与晶体铜的焊接接头。通过SEM+EDS、电子探针、XRD、维氏硬度仪等设备表征了接头处的微观形貌及力学性能。结果显示,在焊接接头的热影响区和焊缝区等部位均有不同程度的结晶相产生,热影响区的结晶相主要为花瓣状,而焊缝区的结晶相主要为细小的“米粒”状;通过XRD衍射发现,在热影响区和焊缝区的结晶相主要为Zr2Cu和Zr2Ni;并且采用EDS线扫描和电子探针面扫描发现,在接头处出现了一个明显的扩散层;由于在接头处形成了Zr2Ni和Zr2Cu两种结晶相使得接头处的显微硬度大于非晶母材的。继而,由于Zr基非晶中主要以Zr原子为主,所以首先利用分子动力学对熔融状态的Zr原子体系在凝固过程中的结晶现象及机理进行分析。主要采用了原子势能随温度变化曲线（E-T曲线）、径向分布函数（g（r））、H-A键型指数法、共近邻分析（Common Neighbor Analysis）等多种分析方法对原子从无序排列到有序排列过程进行了讨论。进而,研究了Zr原子在凝固过程中的原子间键合作用以及原子的结构转变。研究表明:当液态金属Zr原子体系以1×1012K/s和5×1011K/s的冷却速率快速凝固时,体系的原子势能发生两次突变,说明在凝固过程中有亚稳态结构产生。通过H-A键型指数分析发现,在亚稳态阶段原子的结构特征主要由1661和1441两种键型组成,而在冷却到室温时结晶后原子的结构特征由1421和1422两种键型组成,其他键型对Zr原子凝固过程没有明显的影响。经共近邻分析判断发现亚稳态结构主要由BCC结构组成,而达到室温时由HCP结构组成。并且通过对不同初始温度的研究发现,初始温度越高,在室温状态更有利于形成完美的HCP结构。在Zr原子凝固结晶的基础上对Cu46Zr54非晶合金的原子结构转变进行了分析,研究表明,当冷却为1×1011K/s凝固至室温时,Cu46Zr54非晶合金由长程有序和长程无序的两种原子结构组成。最后,结合分子动力学模拟方法研究了Zr-Cu非晶合金和晶态铜的界面扩散机理,从原子层面揭示了非晶合金和晶体扩散时原子的运动行为。主要采用三维原子形貌、扩散方向的原子浓度、扩散系数等分析手段对原子扩散行为进行分析。首先研究了时间对扩散的影响,结果表明:开始阶段两种材料由于表面能的影响使得开始阶段的扩散系数逐渐增加,当扩散系数达到最大值时,此时原子间的界面也逐渐变得模糊,自由表面逐渐消失,扩散系数又逐渐减小。并且从原子的运动情况可以看出,在非晶合金和铜晶体的扩散过程中,主要是铜原子向非晶合金扩散,铜晶体中铜原子的扩散系数最大,非晶合金中铜原子次之,锆原子的扩散系数最小,这与试验过程中得到的结论正好相符。进而,又对扩散温度对非晶合金与铜晶体的扩散就行了研究,研究表明,随着扩散温度的增加扩散层的厚度逐渐增加。