非晶合金,是融合一般金属材料与玻璃材料中优良的力学、物理和化学性能于一体的新型金属材料。在常温下,非晶合金表现出高硬度、高弹性极限、高耐磨、高比强度等优良特征。这些特性使得非晶合金具有较高的应用潜力和研究价值。由于非晶合金内部不存在晶界、位错等组织,利于保持切削过程的稳定,在数微米或数十微米的切削深度下,切削速度较低时,可以获得优于传统金属材料的加工表面。但是非晶合金常温下的剪切变形是由局域材料承担,被称为非均匀变形,这部分局域材料被称为剪切带,厚度约为10～50 nm。切削加工时第一变形区内的剪切带易发生快速发展以致传播失稳,造成刀具出口处的毛刺残留或材料缺损以及高速切削时的积屑瘤粘附。在高应力、高应变率的状态下,如何抑制非晶合金的非均匀变形,抑制剪切带的失稳性发展,提高非晶合金的塑性变形能力,进而提高材料的加工质量,将是非晶合金在精密及超精密加工领域中亟待解决的关键问题。本文对非晶合金的精密切削性能进行了研究,并提出了激光辅助微加工方法以改善非晶合金加工性能,具体研究内容如下:首先以纳米划痕仪为平台,采用定制金刚石车刀,对镍磷及锆基非晶合金进行V型槽切削实验。研究发现,在切削速率为5 mm/min时,非晶合金切屑呈类锯齿状,切屑表面的韧窝表明该状态与绝热剪切无关,单条切屑中变形区密度出现分层,密度随深度增加而减小;当切深由亚微米增加到数十微米时,剪切带由单条发展向多条协作运动转变,V型槽的表面质量会有所提高,转折切深约为1μm。本文通过微纳切削实验,分析了剪切带的形成机理,且为激光辅助加工过程中切深等参数的选择提供了依据。其次对纳秒激光传热模型进行了分析,并以经典傅里叶定律及能量守恒定律为基础建立非稳态激光传热模型,以COMSOL Multiphysics多物理场计算软件为平台,对应用广泛的镍磷非晶合金在被激光照射时形成的温度场进行了仿真和讨论。分析发现,随着与光斑边缘之前距离的增加,温度会迅速下降;脉冲能量、重复频率的提高,均会使得温度场的温度成比例增加,但是过高的脉冲能量和重复频率也会使得观察点处的温度变化梯度增高,增加重复实验的难度。光斑移动速度的提高,会使得高温集中于浅层区域,但是温度也会降低,影响热辅助效果。本文通过仿真方法分析了不同脉冲能量、重复频率和光斑移动速度下形成的温度场分布规律,为实际激光辅助切削加工提供了指导。最后,以精密车床为平台,搭建精准可调、可视化的激光辅助微车削系统,选择较为典型的Ni P非晶合金进行激光辅助车削实验。研究发现,切深和进给量恒定时,Ni P非晶合金切削变形时切屑中的主、次剪切带的数目不受温度、变形速度的影响,但是剪切带处的形貌和剪切带传播的稳定性均与切削速度及辅助温度相关。切削速度为2 m/s时,主剪切带发展的稳定性变差,有断裂表面出现。切削速度为0.2 m/s时,随预加热温度升高至接近甚至达到玻璃化转变温度点,非晶合金次级剪切带处形变量增大,使得非均匀变形程度减弱,表面质量有较大提高。当车削速度为2 m/s时,辅助热与切削热的耦合使得切削刃处的温度增高,增加了加工表面的粘附,减弱了激光辅助的效果。使用激光辅助非晶合金微加工,在合适的速度和激光参数下,可以有效提高非晶合金的塑性变形能力、抑制其非均匀变形程度,进而提高加工表面质量。这拓展了非晶合金在微纳加工领域应用的潜力。