非晶合金因其独特的无序结构而具有优异的力学性能,具有广泛的潜在应用前景。由于合金成分中金属元素与氧较好的亲和性,氧化难以避免。它们显著影响非晶合金性能,限制了其工程应用。然而,近期研究发现,氧可以作为一种微合金化元素强化非晶合金。这一发现改变了氧起消极作用的传统观念,对制备低成本高性能的非晶合金具有重要意义。但目前对于氧微合金化的认识仍十分有限,亟需对其开展系统的研究工作。本论文以分子动力学模拟与实验结合的方式,研究了氧微合金化对铝基非晶合金的结构与性能的作用机理。基于分子动力学方法研究了氧微合金化铝基非晶合金熔体的原子尺度结构特征演化。发现氧进入熔体后与周围金属原子迅速结合,形成细小弥散且稳定的氧化物团簇。团簇内的共价键与近邻原子间的金属键结构不匹配,导致团簇周围原子无法致密排列,使得局部区域内原子的自由体积增加。以氧原子为中心的Voronoi多面体数量较少,且它们大多具有较低的局域五次对称性的特点。由于团簇近邻原子的自由体积增加,导致合金熔体基体内的原子体积相对减少,促使基体内的原子形成较高堆积密度的高局域五次对称性的结构。因此,氧显著提高合金熔体的平均五次对称性,有利于玻璃形成能力的提高。全面地描绘了氧微合金化非晶合金的结构特征,为研究合金熔体动力学特性与非晶合金室温力学特性打下坚实基础。基于分子动力学方法研究了氧微合金化对铝基非晶合金熔体动力学特性的影响。发现氧提高了合金熔体的扩散系数,降低了熔体的粘度。合金熔体的扩散系数及粘度对温度的依赖关系在1.2倍玻璃转变温度处偏离Arrhenius定律,导致Stokes-Einstein方程失效。含氧合金熔体的Stokes-Einstein方程偏离程度更高,表明氧增加了合金熔体的低温与高温的动力学特性差异。氧与不同种类金属原子的结合能力不同,促进了成分金属原子的动力学行为差异,使得原子的动力学行为更加局域化。并且,含氧团簇的扩散系数比自由移动的金属原子的扩散系数小一个数量级。由此,氧的存在使得合金熔体空间分割为包含氧化物团簇的慢动力学区及不含氧化物团簇的快动力学区。这种空间不均匀性阻碍了结晶所必需的长程扩散作用,这也是氧提高合金熔体玻璃形成能力的内禀机制。将分子动力学模拟与实验结合,系统探究了氧微合金化对铝基非晶合金室温力学性能的影响。结果表明,非晶合金的塑性随着氧含量的增加呈现出先增大后减小的趋势,当氧含量为0.7 at.%时非晶合金的塑性最佳。通过分析非晶合金变形过程中的微观结构特征,发现非晶合金的塑性提高的本质是因为共价结合的氧化物团簇周围存在大量的自由体积,且近邻原子排列呈松散的结构状态。在应力作用下,这些原子容易被激活而形成局部剪切转变区。因此,当氧元素以适当的比例（0.7 at.%）存在于合金成分中时,可以实现氧原子的空间均匀分布,进而在变形过程中促进均匀分布的剪切转变区形成,减缓应变局域化过程,起到塑性提高的效果。使用氧微合金化后的铝基非晶合金条带进行了微观力学性能测试,证实了氧微合金化提高非晶合金塑性的有效性。本论文研究成果对于深入认识非晶合金的氧微合金化本质,实现从消除氧到利用氧的非晶合金工艺路线转变,开发具有强玻璃形成能力、低成本和高性能特性的非晶合金具有重要意义。