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金属玻璃,又称为非晶合金,是一种原子排列具有短程有序、长程无序特征的一类合金。相分离合金在凝固过程中发生液-液相分离,形成两个互不相溶的液相。调控相分离合金凝固过程,使两分离液相发生玻璃转变,可获得具有特殊组织和性能的相分离金属玻璃。已发展的相分离金属玻璃虽然具有一定的塑性,但是在金属玻璃中实现大的宏观塑性仍面临挑战。纳米金属玻璃由于其自身结构特点使其具有许多传统金属玻璃不具备的优异性能,但是其本身制备过程颇为繁琐,很难通过传统的熔融快速冷却法获得纳米金属玻璃。为此,本论文基于Cu-Fe合金亚稳液-液相分离并结合快速凝固技术,研制了一种由高数量密度纳米非晶粒子组成的新型相分离纳米金属玻璃。以Cu-Fe-Zr-（Al）合金为研究对象,考察了合金成分与冷却条件等对相分离纳米金属玻璃凝固组织的影响规律,探索了液-液相分离与玻璃转变之间的竞争行为对相分离纳米金属玻璃凝固组织形成的影响;阐明了微合金元素和液-液分离机制对组织的影响规律,建立了调控组织结构的有效方法;探索了变形过程中微观组织结构的演化规律以及组织结构与机械性能之间的关系,揭示了相分离纳米金属玻璃的变形机理及其与微观组织结构演变之间的关联。主要研究工作及成果如下:研究了 Cu-Fe-Zr合金组织结构演变规律及相竞争机制。结果表明,二元Cu-Fe合金的液态组元不混溶区域可以延伸至三元Cu-Fe-Zr合金中;在快速凝固条件下,该合金在冷却过程中会发生液-液相分离,形成富Cu和富Fe两液相;通过调控Cu与Fe原子比及Zr含量,可以调控合金的凝固组织及相结构。在快速冷却条件下,(Cu0.5Fe0.5)40Zr60合金发生液-液相分离形成富Cu和富Fe两液相,随后两液相分别发生玻璃转变,最终形成高数量密度（1024/m3数量级）的纳米富Cu非晶粒子（尺寸为2～8 nm）分布在富Fe非晶基体上的相分离纳米金属玻璃组织。探索了(Cu0.5Fe0.5)40Zr60相分离纳米金属玻璃晶化过程中电阻的变化行为,发现经由液-液相分离形成的富Fe非晶基体上析出的高数量密度且缓慢长大的纳米晶导致该合金电阻在升温过程中出现反常上升。分析了纳米尺度相分离组织结构对剪切转变区的影响,发现由于纳米尺度相分离的发生引入大量自由体积,使相分离纳米金属玻璃剪切转变区体积明显降低。通过微合金化元素对(Cu（0.5）Fe0.5)40Zr60相分离纳米金属玻璃组织进行调控,研究了非均匀结构与变形行为的关系。结果表明,微合金化元素Nb、Ta和Au的加入会促进合金液-液相分离的发生,并在(Cu0.5Fe0.5)0Zr（59）X1（X=Nb,Ta）合金中获得了“蜂窝状”组织结构。动力学分析表明,Nb和Ta的加入会降低两分离液相界面能,提高弥散相液滴的形核率,促进弥散型凝固组织的形成。纳米压痕结果表明,随着合金相分离程度增加,合金剪切转变区体积减小,这有利于多重剪切带的形成,提高合金塑性。在变形过程中,剪切带周围约50 nm范围内富Fe纳米非晶粒子通过Ostwald机制粗化,剪切带内部粒子则由于局部应变的突然变化所引起的机械混合而消失,富Fe纳米非晶粒子可以起到“原位”记录剪切带内部和周围区域微观组织结构演变的功能。设计了一系列Cu-Fe-Zr-Al合金,系统研究了 Al含量和Cu与Fe原子比对合金的非晶形成能力、热稳定性及组织结构的影响,探索了非均匀结构与合金塑性及锯齿流变之间的关系。结果表明,随着Al含量的增加,(Cu0.5Fe0.5)41-xZr59Alx和(Cu0.5Fe0.5)33Zr67-xAlx合金的非晶形成能力均呈现先增加后降低的趋势。对于(Cu1-xFex)33Zr59Al8四元合金,当Cu与Fe原子比在5:5到8:2之间时,合金非晶形成能力较好。γ参数及晶化温度表明,(Cu0.7Fe0.3)33Zr59Al8合金具有大的非晶形成能力及高的热稳定性。高分辨透射电子显微镜结果表明,(Cu1-xFex)33Zr59Al8（x=0.4,（0.5））四元合金在快速冷却条件下发生纳米尺度相分离,最终形成高数量密度的富Fe纳米非晶粒子分布在富Cu非晶基体上的相分离纳米金属玻璃。相分离纳米金属玻璃在压缩变形过程中表现出明显的宏观塑性,其中,(Cu0.6Fe0.4)33Zr59Al8合金的压缩塑性可达15%左右。对应力-应变曲线中的锯齿流变现象进行统计分析发现,塑性较好的(Cu0.6Fe0.4)33Zr59Al8合金剪切带动力学上处于更稳定的自组织临界状态;塑性较差的合金其剪切带动力学特征则是“混沌”的。这是因为经由液-液相分离形成的纳米粒子增加了合金的结构非均匀性,从而提高了合金自由体积的数量,增加了剪切转变区的形核质点,促进多重剪切带的形成,导致合金剪切带动力学特点由混沌的转变为自组织临界状态。