非晶合金具有优异的物理化学性能,是一类应用前景广阔的新型先进材料。近20年来,Zr基非晶合金的研究工作取得了巨大进展,其具有高强度、高韧性、抗辐照、耐低温和抗原子氧腐蚀等特殊性能,广泛的应用于核工业和航空航天等领域。Zr基非晶合金优异的性能源于特殊的微观原子结构。本文选取Zr-Cu二元合金为研究对象,采用分子动力学模拟方法,对合金熔体快速凝固过程中,过冷液态、玻璃转变过程和非晶固态三个温度区间内的原子结构演化及其对动力学性质的影响进行了研究。具体内容如下:运用双体分布函数、配位数、键对、键角和Voronoi多面体等结构分析方法,研究了Zr-Cu合金凝固过程中的微观结构演化规律。双体分布函数及配位数分析发现Zr原子和Cu原子周围的局域结构的差异以及异质原子的强烈交互作用。Voronoi多面体和键对分析发现Zr-Cu合金处于过冷液态时,团簇表现出五次对称较熔融态时加强的特点,但团簇相互链接性不强。Zr-Cu合金在玻璃转变过程中,具有更高五次对称性的团簇含量增加,团簇配位数增加且具有饱和性键对的团簇结构增加;二十面体团簇相互链接性显著增加并且以嵌套链接为主。以上几种结构参数的变化初步阐明了微观结构的演化与玻璃转变之间的内在关联。本文利用格林库伯公式对过冷熔体的粘度进行模拟计算,在微观结构演化对粘度影响的计算过程中发现,合金熔体在快速凝固过程中Voronoi熵减小,粘度提高。不同的冷却条件对粘度的影响明显,冷却速率增加或压力减少,导致粘度下降,且Voronoi熵增加,在模拟范围内粘度对温度最敏感,压力和冷速对粘度的影响较小。计算过程中验证了熔体粘度与温度的关系符合Arrhenius关系:????/expRTEA。粘度与Voronoi熵的关系符合Adam-Gibbs关系:??C??expTSCA,揭示出玻璃转变过程中合金热力学与动力学的相关性。进一步结构分析发现,Voronoi熵降低的主要原因是系统形成以二十面体团簇为主的结构,增加了非晶合金的稳定性和有序度,使原子集团重排和跃迁更加困难,导致粘度增加。本文研究了Zr-Cu合金快冷凝固过程中微观结构演化对扩散的影响,模拟发现随着冷速降低、压力增强和温度降低都使体系中五次对称性增加,尤其在玻璃转变温度附近,而且五次对称性在空间的分布不均匀。通过计算原子均方位移发现五次对称性小于0.3的原子具有较快的扩散行为,在0.7和1之间的原子扩散缓慢,验证了五次对称结构的稳定性。利用爱因斯坦公式对合金自扩散系数进行模拟计算,发现随着温度降低、压力升高或者冷速降低自扩散系数减小,尤其在玻璃转变温度附近;通过非高斯参数的计算发现扩散行为在空间上是不均匀的。扩散激活能的减小是导致自扩散系数增加的重要原因。扩散系数与五次对称性符合公式D=Aexp(C/Td5)的关系,揭示了快速凝固过程中合金微观结构与动力学具有内在联系。