非晶态合金，作为一种结构奇特且具有优异性能的材料，一直受到极大的关注。但是，非晶态合金是如何形成、其原子结构如何描述仍然是学术界面临的难题，进展缓慢。由此导致，对非晶态合金的结构与性能之间关系的认识也不明确。尽管如此，非晶态合金形成能力的研究仍然取得了不错的进展，如最大尺寸由最初的几十微米到现在的上百毫米；非晶态合金的性能研究也有令人欣喜的结果，如高强度、高弹性、高断裂韧性、良好的耐蚀性、形状记忆效应和优良的磁学性能等。随着研究和投入的增加，为了保证非晶态合金研究的持续性，非晶态合金的应用也迫在眉睫。但是，非晶态合金性能的不稳定性，严重制约了其应用。研究凝固过程控制对非晶态合金及其复合材料的制备和力学性能的影响，形成一个比较统一的制备工艺——结构——性能之间关系的认识，势在必行。因此，本文详细地研究了凝固过程控制，如控制浇铸温度和竞争析出相的类型，对非晶态合金的形成、结构和性能的影响。　　 基于原子-团簇模型，利用JMAK方程，分析了浇铸温度对非晶态合金形成和热稳定性的影响。随着浇铸温度的升高，减少非晶态合金中局域有序结构如残留高温相、有序团簇等的数量，消除了异质形核点，能够有效地抑制晶体的形核和长大，从而提高了非晶态合金的热稳定性和形成能力。实验结果很好的吻合了上述分析结果。当浇铸温度由1373 K升高至1673 K时，Cu-Zr和Cu-Zr-Ti-Y合金的非晶样品临界尺寸分别由1 mm提高至2-3 mm。对不同浇铸温度的Cu50Zr45.5Ti2.5Y2、Cu47.5Zr47.5Al5、Zr65Cu27.5Al7.5和Zr62Cu15.4Ni12.6Al10非晶薄带的热稳定的研究，也得到了一致的结果：浇铸温度高的非晶薄带样品的热稳定性优于低温浇铸样品。　　 不同浇铸温度得到的非晶态合金的微观结构不同。高温浇铸的样品为均质非晶结构，而低温浇铸的样品为纳米晶非晶复合结构。相应的样品在力学性能测试中表现出不同的性能：高温浇铸样品为脆性断裂，而低温浇铸样品具有良好的塑性。这说明，均质非晶态合金不具备阻碍剪切带快速扩展的结构因素，因此不具有塑性变形的能力，而局域有序结构如纳米晶的存在才能诱发多重剪切带的萌生，有效改善非晶态合金的塑性。　　 浇铸温度对非晶基复合材料的制备、结构和性能影响显著。以Ta颗粒增强Zr基非晶复合材料为例，研究发现：随着浇铸温度的增加，Zr-Ni-Cu-Al-Ta合金熔体中Ta颗粒溶解量增多，合金熔体的Ta含量也随之升高；在凝固过程中，当冷却速率较高时，合金熔体的Ta在已有Ta颗粒表面形核和长大；当冷却速率较低时，合金熔体的部分Ta仍以前一种方式析出，而另一部分Ta则以固溶在bcc-Zr中的形式析出。不同浇铸温度下Ta颗粒的溶解和熔体中Ta析出方式决定了复合材料的微观结构和力学行为：随着浇铸温度的升高，样品中Ta颗粒的尺寸和含量都降低，相应基体中Ta含量升高；不同温度下的Ta颗粒和基体的界面结构也不相同；这就导致了低温浇铸样品具有高塑性变形能力(如拉伸塑性应变可达1.5％)，而高温浇铸样品的塑性降低，压缩塑性约为5％。　　 非晶态合金中添加第二相能够诱发剪切带的萌生和阻碍剪切带的扩展，从而改善非晶态合金的塑性。为此，本文详细研究了Zr-Cu-Ni-Al-Ta非晶基复合材料在拉伸和压缩条件下剪切带的演化过程。Zr-Cu-Ni-Al-Ta复合材料的变形分为三个阶段：第一阶段为基体弹性变形，而Ta颗粒塑性变形，这种变形的不匹配，导致界面处应力集中，诱发大量剪切带的萌生；第二阶段，由于Ta颗粒存在，改变了基体非晶的应力状态，剪切带的扩展被限制在Ta颗粒之间，剪切带的萌生和扩展交替进行，二次剪切带的数量急剧增加；第三阶段，随着载荷的增加，使得大量的剪切带在与载荷方向成近45°方向汇集形成主剪切带，并导致样品的破坏。　　 非晶态合金的形成过程就是晶态相与过冷液相的竞争过程。抑制过冷液相中晶态相的形核和长大，可以通过两个角度来实现。一是提高过冷液相的稳定性，延缓竞争晶态相的形核和长大。如在第三和四章中阐述一样，调整Cu和zr基合金熔体的温度，控制熔体中局域团簇的数量，从而影响非晶态合金及其复合材料的形成、结构和性能。二是改变竞争晶态相的种类。本文第五章以Ni-Nb-Zr三元系为例，研究了合金成分设计与非晶形成能力之间关系。利用CALPHAD计算了Ni-Nb-Zr三元系的液相面。当边缘二元系共晶点向三元系共晶点过渡过程中，合金的竞争晶态相由NiNb、Ni3Nb过渡到Ni10Zr7相，这一过程中存在最佳玻璃形成区域。实验表明，当Zr含量约为5～7％时，合金处于竞争相的过渡区，合金的玻璃形成能力最佳，尺寸为3 mm。性能检测表明，Ni-Nb-Zr非晶态合金具有非常优异的性能，如高热稳定性、高强度、高耐蚀能力等。显然，具有这些优异性能的Ni-Nb-Zr非晶态合金是非晶态合金涂层材料的最佳选择之一。