金属玻璃由于其独特的物理、化学和机械性能,成为一种具有很大应用潜力的先进材料,受到广泛关注。在低温和高应变速率下金属玻璃发生的是不均匀塑性变形,形变高度局域化在剪切带中,相对于没有发生变形的非晶区域而言剪切带区域的原子具有更多的自由体积。也就是说金属玻璃发生不均匀塑性变形后内部引入了更多的自由体积,而且增加的这部分自由体积是不均匀分布的。不均匀塑性变形过程中剪切带的产生必然会对金属玻璃的结构和相关性能产生影响。结构方面来讲,伴随着剪切带的引入,金属玻璃的自由体积增加。对于金属玻璃而言,自由体积是用于研究其结构和性能的重要物理量。基于此,人们对不均匀塑性变形过程中伴随着剪切带产生导致的自由体积变化有着浓厚兴趣。在对不均匀塑性过程中金属玻璃自由体积变化的研究中,差示扫描量热法有着广泛应用。但是通过该方法对自由体积的表征目前基本上处于定性阶段,开展对自由体积的定量化研究具有重要意义。性能方面而言,由于剪切带的引入,金属玻璃发生不均匀塑性变形后很多方面的性能都发生了变化。比如说金属玻璃发生不均匀塑性变形后由于多重剪切带的引入,金属玻璃的室温塑性获得了改善。同时也是由于剪切带的产生和相互交叉,使得金属玻璃的强度和硬度发生了变化。金属玻璃不均匀塑性变形过程中剪切带对机械性能的影响引起了人们对剪切带密度、分布等方面的研究兴趣。就剪切带密度而言,目前所能观察到的最大剪切带密度从间距上而言一般处于几百纳米至几个微米,这多数情况下是通过扫描电镜观察到的,而更高密度的间距在几十纳米量级的剪切带还很少被观察到,尤其是通过透射电镜这种手段。其次,由于剪切带的产生,在对不均匀塑性变形后金属玻璃进行加热或者等温退火过程中,由于原子扩散重排导致的再有序化等会优先发生在剪切带区域,这会对金属玻璃的热稳定性、晶化行为等产生影响。目前就不均匀塑性变形对金属玻璃热稳定性、晶化行为等的影响目前还缺少系统研究。另外,对于金属玻璃来讲,少量的元素添加能有效地改善金属玻璃的玻璃形成能力、提高体系的热稳定性以及改善材料的力学性能等等。目前就微量元素的添加对金属玻璃结构和热稳定性、力学性能等的影响已经开展了广泛的研究,但是关于合金元素添加对金属玻璃结构和性能的影响原因目前多是经验的解释。然而这些经验解释并不能预测金属玻璃的结构和相关性质随元素添加量的变化而改变的趋势。因此,深入研究室温塑性变形以及元素添加对金属玻璃结构和性能的影响是很有必要的。结合上述研究背景,本文主要开展了以下几个方面的工作(1)在已有的自由体积模型和升温过程中自由体积变化与相应热分析测量过程中系统焓变关系的基础上,借助于通过差示扫描量热法(DSC)测量的焓变以及在相应玻璃化转变起始温度(Tgonset)处对应的平衡态自由体积,我们发展了一个对金属玻璃材料中平均自由体积进行定量确定的方法。依据此方法,我们对铸态以及几个退火态Pd40Ni40P20块体金属玻璃样品的平均自由体积实现了定量确定。(2)在室温条件下以不同的应变速率对Pd40Ni40P20块体金属玻璃(BMG)进行了轧制变形,所能获得的最大应变量高达99%。在整个轧制变形过程中,样品保持了非晶结构,没有出现相分离或者晶化等现象。随着应变的增加,样品原子排列的近程有序程度降低。剪切带密度随应变的增加而增加。当样品应变量达到99%时,相邻剪切带之间的平均间距约为31nm；同时对于经历了相同应变量的样品来说,在高的应变速率下变形的样品内部引入了更高密度的剪切带。实现了对变形后样品平均自由体积的定量确定。随着剪切带密度的增加,样品中的自由体积单调增加。相对于铸态样品而言,应变量为99%的样品在轧制变形过程中额外引入了高达34%的自由体积。另外对于发生了相同轧制应变量的样品,在高应变速率下变形的样品内部引入了更多的自由体积。轧制变形过程中样品的热稳定性降低,表现为晶化温度以及晶化激活能随应变的增加而减小,这主要是由系统自由体积的增加引起的粘滞系数的下降以及系统吉布斯自由能的增加所致。轧制变形过程中样品的显微硬度增加,这可能是由于剪切带的交叉引起的增强作用所致。(3)室温条件下对Zr55Cu40Al5金属玻璃进行了轧制变形。变形后样品内部形成了高密度的间距不超过100 nm的剪切带。在剪切带区域有尺寸为3-5nm的纳米晶形成。不均匀塑性变形以及随之进行的在玻璃化转变温度附近等温退火处理改变了系统的晶化行为。没有变形时,系统具有单步晶化行为,该单步晶化对应着Cu8Zr3、Al3Zr以及未知相的生成。而轧制变形使系统具有了两步晶化行为,这两步晶化分别对应的是Cu8Zr3、Al3Zr和未知相的生成以及Cu10Zr7相的生成。剪切带区域纳米晶的生成以及轧制变形后样品晶化行为的改变可能是由于变形后系统自由体积增加,从而导致粘滞系数降低以及系统平均自由能增加所致。(4)通过在Zr46Cu39.2Ag7.8Al7块体金属玻璃中添加一定含量的Fe,我们研究了Fe的添加对(Zr46Cu39.2Ag7.8Al7)100-yFey(y=0-7)合金的热稳定性以及维氏硬度的影响。我们发现,添加Fe后,系统的过冷液相区宽度以及晶化温度均有所增加。当添加Fe原子百分含量为4时,系统的过冷液相区宽度达到了114 K,比没有添加Fe时增加了31 K。系统的平均自由体积随Fe含量的增加单调减小。系统的显微硬度随Fe含量的增加单调增加,这可能是由于添加Fe后系统非晶基体上产生了纳米晶以及系统的平均自由体积减小所致。