块体金属玻璃因其独特的结构而具有晶态合金所无法比拟的优异性能,如高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和良好的软磁特性等。在机械、电子、化工、航空航天等工程领域具有广阔的应用前景。利用激光烧蚀技术对块体金属玻璃材料进行微加工、激光焊接和表面改性,已成为目前力学、材料科学和激光加工领域的关注焦点之一。研究块体金属玻璃材料在激光烧蚀过程中的表面行为及结构变化机制,对推进其工程应用具有重要意义。本文通过实验、理论和数值分析,对一种典型锆基块体金属玻璃在大气和水下两种环境中的脉冲激光烧蚀表面动力学失稳行为进行了系统研究。　　 开展了Zr基金属玻璃与晶态铝合金大气环境下在大气环境下的单脉冲激光烧蚀的实验研究。通过扫描电镜对金属玻璃及铝合金靶材的烧蚀表面进行了对比观察,发现两者的烧蚀表面呈现两种截然不同的表面烧蚀形貌:金属玻璃表面呈周期性涟漪状波纹结构,而铝合金表面则呈现为一种由熔池表面溅射波浪构成的不规则胞元排布结构。通过对熔池界面的流体动力学失稳分析,表明这两种结构都来源于熔池界面的剪切流不稳定性。金属玻璃材料与铝合金材料由于在结构上存在的差异,即是否具有晶界结构,使失稳斑图的演化(即能量耗散过程)遵循截然不同的发展途径。通过流体动力学失稳问题的小扰动分析方法,对金属玻璃材料烧蚀表面形成的周期性涟漪状波纹结构的剪切流失稳条件和界面色散关系以及特征尺度进行了理论分析与计算。由于金属玻璃材料的粘度在过冷液相区(尤其是在玻璃转变温度Tg附近)对温度的异常敏感性,在本文的失稳分析中,金属玻璃熔体粘度作为靶材的一个本征热物理参量,被施加小扰动后与其它扰动物理量同时代入流体动力学方程进行计算;在计算中,金属玻璃熔体粘度采用Vogel-Fulcher-Tamman(VFT)公式进行拟合。通过流体动力学失稳分析,揭示了激光烧蚀金属玻璃靶材表面周期性涟漪结构的形成机制;将金属玻璃熔体表面的失稳分析结果推广到多晶体靶材,对铝合金表面的胞元式特征烧蚀结构成因做出了解释。　　 实验研究了金属玻璃在水下环境单脉冲激光烧蚀行为。得到Zr基金属玻璃在水下环境激光烧蚀的典型烧蚀形貌。并观察到水下环境对脉冲激光烧蚀作用的束能增压效应。根据水封环境对激光等离子体冲击波的形成和传播的影响,建立理论模型,对等离子体溅射机制及其冲击波行为进行了理论研究。根据水下等离子体冲击波特征对水封环境的束能增压效应做出了解释。　　 利用数值模拟手段分析了金属相变传热过程以及流体流动特性对熔池形成的影响。根据焓法对烧蚀靶材建立了统一模型,并讨论了材料热物理性质改变对烧蚀过程的影响。以Fluent软件为计算平台,基于VOF方法,对烧蚀过程熔池表面气液相变过程进行了数值分析。在对相界面在烧蚀过程中的发展进行模拟解算后,运用数值模拟的方法分析了金属熔体气液相变过程中的相界面速度分布,分析了在熔池形成过程中,熔池内金属熔体的流动情况对熔池发展的影响。