根据Zn、Mg、Cu在铝中的最大固溶度及沉淀强化相设计了Al-12Zn-2Mg-0.5Cu-0.3Sc超高强铝合金。对热轧开坯后的合金进行了冷轧以及后续热处理，探究高固溶度铝合金的最佳热处理工艺，以期获得良好的拉伸性能。利用OM、XRD、SEM观察分析合金的组织，利用万能拉伸试验机测试合金的室温拉伸性能。结果表明，冷轧后的合金经过470 ℃/1 h固溶处理后的组织为具有沿轧制方向拉长晶粒的不完全再结晶组织，对应的抗拉强度为599 MPa，伸长率达到15.4%；经过120 ℃/30 h时效处理后，组织中析出细小的η（MgZn₂）和T（AlZnMgCu）强化相使合金的性能进一步提高，合金的抗拉强度达到736 MPa，伸长率达到10.6%。

增材搅拌摩擦沉积（additive friction stir deposition， AFSD）具有沉积温度低、增材质量好、制造效率高等特点，在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了AFSD技术，深入剖析了AFSD对三类析出强化型铝合金组织和性能的影响规律及机理，并指出了制约高强铝合金构件AFSD制造的关键问题。AFSD在固相下进行沉积，克服了基于激光和电弧沉积的气孔和热裂纹缺陷。然而，在AFSD过程中，由于沉积金属的冷却速度较慢，敏感温度区间的停留时间较长，在增材时后续沉积层对前一层，甚至前几层均有热作用。因此，沉积样品中部与底部的晶内强化相粗大，使得沉积层中下部的强度急剧下降。沉积层顶部不受二次或多次热循环的影响，析出相分布均匀，力学性能较好，但仍低于基体材料。时效处理可使AFSD过程固溶的部分元素再次析出，性能轻微提升，但始终无法达到固溶+时效（T6）的水平。虽然沉积态经过T6处理后可再次形成均匀细小的强化相，使其强度重新达到峰值，但在固溶的同时，沉积材料将发生晶粒的异常长大（abnormal grain growth，AGG）问题，因此，通常不建议对AFSD沉积金属进行固溶处理。为了实现高强度析出强化铝合金构件的AFSD制造，未来还需要在合金化设计、复合强化、工艺创新等方面开展进一步的研究工作。

为促进高强铝合金在航空领域的进一步推广应用，开展4 mm厚7050-T7451铝合金激光-熔化极惰性气体保护复合焊接研究。结果表明：焊接参数合理匹配能够获得成形饱满的焊缝，而较高焊接速度施焊极易产生焊接裂纹，只有当焊接速度控制在0.9 m/min及以下、焊缝背宽比控制在0.4以上，才能有效抑制裂纹和气孔缺陷；焊缝区主要为尺寸差异较大的等轴晶组织，在熔合区附近存在宽度约为20~50 μm的细晶层组织，仅在靠近细晶层的局部，生成极少量的柱状晶组织；热影响区未发生相变和再结晶；焊态接头平均抗拉强度约为377 MPa，达到母材的73%，远高于激光自熔焊接接头的拉伸性能。

为研究1070A和6063铝合金在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为及差异，通过室内循环盐雾实验模拟1070A和6063铝合金在海洋大气环境中的腐蚀过程。利用超景深显微镜、X射线衍射仪分别观察分析了1070A与6063铝合金的腐蚀形貌、点蚀缺陷参数及腐蚀产物的演变，通过腐蚀动力学手段分析了2种铝合金的腐蚀失重变化，并采用电化学阻抗与极化曲线分析了2种铝合金腐蚀行为的差异。实验结果表明，1070A与6063铝合金在模拟海洋大气环境中的主要腐蚀形式为点蚀，随着腐蚀时间的延长，平均点蚀坑深、最大点蚀坑深与点蚀密度逐渐增大。1070A与6063铝合金在腐蚀实验初期具有相似的腐蚀行为，然而6063铝合金在腐蚀后期点蚀坑深与点蚀密度值成倍增大，这是由于1070A试样表面生成了更加稳定、耐蚀性较好的腐蚀产物层，腐蚀进展缓慢，而6063铝合金表面腐蚀层在腐蚀后期再次开裂，导致6063铝合金的腐蚀程度严重加剧。1070A与6063铝合金的腐蚀失重与腐蚀时间均呈幂指数关系。结合电化学阻抗谱与极化曲线的分析，证实了6063铝合金在模拟海洋大气环境中更易发生腐蚀，相比1070A铝具有更高的腐蚀程度。

随着碳纤维增强复合材料（CFRP）在航空航天领域的广泛应用，研究其与铝合金连接界面的摩擦性能显得尤为重要。本研究通过实验探讨了表面微织构参数对铝合金-CFRP连接界面摩擦性能的影响。结果表明，压应力和微沟槽几何参数对界面摩擦性能具有显著影响。随着压应力从7.5 MPa增加到30 MPa，滑动摩擦因数显著降低，这主要归因于自润滑膜的形成和增强。铝合金表面的微结构在高压应力下嵌入CFRP板中，产生犁沟效应，微切削作用生成的环氧树脂碎屑填充微结构沟槽，形成稳定的润滑膜。沟槽深度对摩擦性能的影响最为显著，31.8 μm深的沟槽能显著降低滑动摩擦因数至0.197。压应力与微织构几何参数的协同作用显著提升了界面摩擦性能和连接强度。本研究为优化复合材料连接技术提供了理论依据和实践指导。

仅以单宁酸作为成膜剂，使用化学转化法在AZ91D镁合金表面制备环境友好转化膜，以提升耐蚀性。采用对比实验筛选合适的酸调节转化液pH值；利用响应面（Box-Behnken）法对转化工艺中的pH值、反应温度、转化时间进行优化，得到最佳工艺条件，并探讨了pH值对转化膜性能的影响。使用CuSO₄点滴实验、动电位极化曲线和电化学阻抗谱评价膜层耐蚀性；利用SEM、EDS对AZ91D镁合金表面形貌及元素组成进行表征。结果表明，单宁酸转化膜的最佳工艺为单宁酸10 g/L、pH值2.7（盐酸调节）、反应温度41 ℃、转化时间15 min，所得转化膜具有良好的耐蚀性，膜层均匀致密，且覆盖完整，主要由单宁酸的水解产物和与Mg²⁺生成的螯合物组成。响应面法实验结果显示，pH值对转化膜耐蚀性的影响较大：pH值过低，膜层粗糙，致密性较差；pH值过高，膜层较薄，缺乏连续性，无法完整覆盖镁合金表面。

对喷淋淬火加工2219-T6铝合金板材的表层和心部组织及力学性能进行研究。结果表明：合金中第二相为尺寸0.5~30 μm的Al₃（Cu， Fe， Mn）结晶相、亚微米级别的θ-Al₂Cu相和T相，以及纳米级别半共格析出θ′相和θ″相。喷淋淬火时板材表面冷却更快，使该区域θ″相的密度更高。室温下板材表层抗拉强度和屈服强度分别为427 MPa和303 MPa，较心部分别提升了9.2%和15.6%，同时表层区域塑性低于心部，这与表层区域更为优异的θ″相析出强化效果有关。样品裂纹均以沿晶+穿晶混合模式扩展。由于心部样品内析出的相对位错滑移阻力低于表层，位错更易在大尺寸结晶相及晶界附近堆积，导致样品在断裂过程中形成更多的二次裂纹。此外，样品拉伸断口主要由韧窝组成，表现出明显的韧性断裂特征。

电弧增材制造2319铝合金的力学性能受析出相分布的显著影响，但冷金属过渡（CMT）技术下的非平衡凝固组织及其在热处理中的演变机制尚不明确。采用CMT技术制备2319铝合金试样，并对部分试样进行T6热处理，研究热处理前后试样上、中、下部3个位置的析出相分布规律，阐明析出相分布与力学性能的关系，并揭示热处理前后试样的力学性能强化机理。结果表明：沉积态试样平均抗拉强度为175 MPa，靠近基板的下部位置，θ相体积分数最高（20.8%），其抗拉强度可达192 MPa；经过T6热处理后，试样上、中、下3个位置的θ相体积分数均减少约80%，同时基体中形成大量细小针状θ′相，这些弥散分布的θ′相起到主要的强化作用，使试样平均抗拉强度达到365 MPa；沉积态与热处理态样品均存在沉淀强化、固溶强化和细晶强化三种强化机制，热处理样品的强度增益来源于针状θ′相所引起的沉淀强化。

本工作研究了模拟海洋大气与工业大气环境中1050A铝合金导体材料的腐蚀行为及导电性能。通过干湿周浸实验和失重法研究了1050A铝合金导体材料在模拟海洋大气与工业大气环境中的腐蚀规律。采用超景深显微镜与光学轮廓仪观察分析了铝合金的腐蚀形貌，分别利用微欧计、电导率测试仪和数字电桥测试了铝导体的导电性能。此外还探索了腐蚀失重、腐蚀速率、表面粗糙度、点蚀坑深度与直径等腐蚀参数的发展变化规律。研究表明：在模拟海洋大气环境下，1050A铝导体腐蚀失重较小，点蚀特征明显，最大点蚀坑深度与最大点蚀坑直径分别达到36 μm和80 μm；而在模拟工业大气环境下，1050A铝的点蚀坑呈现分散分布，点蚀参数发展无明显规律，腐蚀失重倾向于均匀发展趋势。研究发现，2种典型大气环境中随着腐蚀的发展1050A铝合金导体构件的导通电阻与20 ℃电阻值均明显增大，导电性能显著下降。模拟海洋大气及工业大气环境下铝导体的腐蚀行为与发展规律具有显著差异，模拟海洋大气环境下的铝导体点蚀特征明显，导电性能与点蚀坑深度密切相关；而模拟工业大气环境下的铝导体腐蚀失重呈单调发展，导电性能与腐蚀失重具有较高的相关性。因此，可通过点蚀坑深度与腐蚀失重参数分别进行铝导体材料在海洋大气与工业大气环境下导电性能发展趋势的预测。

作为车辆制造、国防等轻量化关键材料，镁合金绝对强度低和室温成形性差等缺点限制了其在相关领域的进一步应用。目前，挤压和轧制是生产高性能镁合金板材的重要手段，而高强塑组织调控是高强韧、高成形性镁合金的关键技术。本文综述了高强韧轧制稀土镁（Mg-RE）合金微观组织及力学性能调控的最新研究进展，重点讨论了从多元合金化成分设计及轧制工艺手段创新等方面调控Mg-RE合金组织，进而改善其成形性和力学性能，并指出未来低成本高强韧镁合金板材的研发需要基于对工艺-组织-性能关系的深入探索，从多元合金化成分设计及短流程高效率轧制工艺角度，为轧制镁合金组织调控和高性能镁合金制备提供借鉴。

镁合金是一种在汽车、轨道交通及航空航天等领域极具应用潜力的轻量化金属材料，可以为国家制造业的绿色低碳发展提供坚定支撑。然而，传统镁合金存在绝对强度低、室温塑性差、抗腐蚀性能及热导率低等缺点，而稀土元素是改善镁合金结构和功能性能的重要合金元素。本文综述了钐（Sm）对镁合金的力学性能、耐腐蚀性能和导热性能的影响规律，从溶质原子、金属间化合物、析出相及稀土织构等方面系统地阐释了Sm在镁合金中的作用机制，并针对含Sm镁合金未来的研发方向提出以下策略：探究Sm对镁合金高温力学性能的影响及作用机制；通过优化成分和热处理工艺等途径调控微电偶腐蚀阴极反应过程，提高耐腐蚀性能；开展孪晶、位错及织构等对含Sm镁合金导热性能影响的研究，并建立相应的预测模型。

以ZM5、ZM6和WE43三种商用镁合金样品为研究对象，探讨板材厚度、横截面形状、连接方式（包括连接角度、弧度和位置）等关键几何特征参数对镁合金零件燃烧特性的影响规律。结果表明：增加板材厚度可正比例延长点燃时间；圆形横截面的棒材样品因具有最大 S / l_{\mathrm{c}}（横截面面积 \mathrm{与}横截面周长比）而表现出最低的火焰传播速率，具有最佳的阻燃效果；连接角度越接近90°、连接弧线的曲率越大、连接位置越居中，其阻碍火焰传播的效果越明显。因此，为研究复杂镁合金零件的燃烧特性，在对其进行简化时应当提取板材厚度、横截面形状、连接方式等关键特征参数，从而真实反映复杂零件的燃烧特性，为镁合金零件的防火设计和复杂零件燃烧模拟件的简化设计提供理论依据。

采用宏观有限元模拟与微观晶体塑性分析相结合的方法对六道次热轧ZK61镁合金中厚板的晶体内应力和织构演化进行研究。根据轧制实验与拉伸实验建立相应同步热轧模型并进行仿真计算，将模拟结果作为边界条件代入到基于Voronoi图的多晶体塑性模型中，再应用晶体塑性有限元方法对多晶体模型进行同步热轧模拟，得到各道次热轧态ZK61镁合金的塑性参数和织构极图，并分别与拉伸实验结果和电子背散射衍射实验导出的织构极图进行对比分析，归纳出不同道次下热轧ZK61镁合金晶体塑性变形与织构演化机制。结果表明：经多道次热轧后的ZK61板材存在大量孪晶与动态再结晶，晶粒均匀细化效果明显，其基面织构极密度与轧制道次整体呈正相关，不同道次下的峰值取向差角存在较大差异（8°、28°、88°），且合金力学性能得到改善，强度提升了7.55%，伸长率达到19.5%。

缺陷是影响铸造材料断裂行为的主要因素。以高压铸造铝合金为研究对象，采用Gurson-Tvergaard-Needleman（GTN）损伤模型结合有限元仿真软件对高压铸造铝合金的断裂行为开展预测。结果表明：有限元逆向拟合得到高压铸造铝合金材料适用的损伤参数，可形核孔洞体积分数f _N为0.12，临界孔洞体积分数f _c为0.001，断裂孔洞体积分数f _F为0.001。同时开展基于微观特征的断裂行为预测，通过简化孔洞形貌为椭球体和忽略体积小于0.001 mm³的孔洞的方法，避免有限仿真计算效率低和不收敛问题。对比两种模型在预测铸造材料断裂行为方面的适用性，得出结合损伤力学的有限元模拟的计算效率更高，但基于微观特征的有限元模拟的预测准确性更高。

针对铝合金构件在生产或服役过程中出现的大尺寸裂纹或磨损缺肉等问题，提出了连续送丝搅拌摩擦增材再制造方法，设计了由专用送丝装置、静止轴套与螺杆结构搅拌头组成的搅拌摩擦增材再制造工具，实现了高强铝合金板材表面预置宽度10 mm且深度2 mm的凹槽缺陷的有效填充与修复。结果表明：修复件表面成形良好，组织均匀，力学性能良好；通过动态回复和再结晶过程对晶粒进行细化，晶粒尺寸为1.59 μm；修复件平均抗拉强度和伸长率分别为（410±8） MPa和（11.9±0.9）%，相较于带缺陷试样分别提高了26% 和159%；断口表面具有大量的韧窝，呈典型的韧性断裂特征。

纳米Al₂O₃/Al复合材料作为轻质高性能结构材料，可实现轻量化节能减排，在航空航天、汽车工业、船舶制造、国防及5G电子通讯等领域具有广阔的应用前景。本文主要介绍高能球磨粉末冶金法、超声辅助铸造法、搅拌摩擦法、增材制造法、原位反应法等国内外纳米Al₂O₃/Al复合材料制备技术。总结分析纳米Al₂O₃增强体、增强体与铝基体的界面微结构、增强体的尺寸和含量、铝基体的晶粒尺寸、增强体的分散性和微观构型设计对纳米Al₂O₃/Al复合材料力学性能的影响。概述了纳米Al₂O₃/Al复合材料中主要的强化机制。最后，展望了纳米Al₂O₃/Al复合材料未来在高增强体体积分数的大尺寸制备技术、非均质构型优化以及高强耐热结构功能一体化等方面的发展方向。

在丝-弧增材制造过程中对焊枪施加不同频率和摆幅的侧向摆动，制备Al5356直壁构件。通过表面波纹度计算、微观组织分析和拉伸性能测试，研究了摆弧参数对Al5356直壁构件成形质量、孔隙分布、显微组织和力学性能的影响规律。研究发现，在丝-弧增材制造中应用摆弧工艺能够显著改善直壁样品的成形精度，减少孔隙缺陷，均匀化组织及提升样品的力学性能。在实验参数范围内，与无摆弧工艺相比，施加摆弧工艺可将Al5356直壁样品的表面波纹度减小60%，孔隙率和最大孔隙直径从超过0.65%和33 µm分别降至0.20%和10 µm以下，X方向（沉积方向）和Z方向（构建方向）的平均抗拉强度分别提升了约13%和15%，而平均伸长率分别提高了约27%和25%。电弧摆动频率比摆幅对提高沉积构件表面质量、分散孔隙、减小孔隙尺寸具有更显著的效果，这是由于高频率的电弧振荡对熔池具有强烈搅拌作用，使沉积焊道横向的温度更均匀。沉积构件力学性能的提升主要归因于孔隙缺陷的减少和微观组织的均匀化。在丝-弧增材制造中正确应用摆弧工艺对提升构件的成形质量和力学性能有积极意义。

微米级第二相和再结晶组织对5083-O态合金韧性、强度等性能有重要影响。为获取5083铝合金中微米级第二相和再结晶组织的三维形貌特征，基于双束显微镜系统采集了5083-O态合金多切片在5 kV加速电压下的能谱（EDS）数据和在20 kV下的电子背散射衍射（EBSD）数据。应用Avizo软件对EDS和EBSD数据进行了三维重构。应用三维重构软件获取了合金中主要微米级第二相Mg₂Si相和富Fe相的尺寸、形态、分布、体积分数等信息。结果表明：5083-O态铝合金中Mg₂Si相、富Fe相和再结晶组织的体积分数分别为0.46%，0.25%和11.7%。Mg₂Si相形状多为近球形、近椭球形或棒状，沿轧向伸长，表面较为圆滑；合金中富Fe相棱角分明，球形度相对较低；三维EBSD的结果表明小尺寸再结晶组织颗粒的球形度大，大尺寸的再结晶组织颗粒的球形度小；在退火过程中，再结晶颗粒是由球形小颗粒开始长大的，再结晶颗粒沿轧向生长最快；三维EBSD结果更真实地反映了再结晶组织的形态。

对6061铝合金坯料进行固溶淬火处理，固溶热处理制度为550 ℃/30 min，将淬火后合金在140 ℃下人工时效6~18 h，得到预强化（pre-hardening， PH）坯料。通过室温杯突实验与室温单轴拉伸实验评估6061铝合金预强化坯料的成形性能与力学性能，并进行帽形梁零件冲压试制实验，以验证该技术在工程应用中的可行性。结果表明：PH-12 h预强化铝合金坯料的屈服强度比O态铝合金坯料高186 MPa，抗拉强度比O态高215 MPa，而伸长率和杯突值与O态相近。PH-18 h预强化铝合金经10%变形后最高抗拉强度可达391 MPa，远高于T6态铝合金，说明预强化铝合金坯料兼具良好的强塑性。此外，使用预强化坯料成形的帽形梁零件的抗拉强度和屈服强度均高于T6态铝合金。

单点增量成形是一种柔性工艺，在航空航天领域有着广泛应用，尤其适用于定制化、小批量生产的构件。然而针对不同模型，适宜加工的工艺参数区间尚未明确，需要测试不同的参数。采用正交实验，进行多因素方差分析，讨论板材厚度、角度、层进量、进给速度和自转速度等参数对最大成形深度的影响。根据实验结果搭建基于Adaboost算法的回归模型，对6061铝合金薄板在100 mm成形直径下的成形深度进行预测。结果表明：单因素对最大成形深度的影响由大到小分别为：厚度、层进量、角度量、进给速度、自转速度，且在最快成形速度下获得的最大成形角度为70°，板料厚度为1 mm，层进量为0.2 mm，进给速度为2000 mm/min，自转速度为2000 r/min。此外，依据正交实验创建的回归模型具有高准确度，与Abaqus仿真结果及实际实验结果均对应，4组测试与仿真最大误差为4.24%，与实际成形最大误差值为-2.45%。

提出一种7075铝合金非等温固溶-锻造一体化热成形工艺。将固溶后铝合金直接放入温模中进行锻造，然后淬火并进行人工时效处理，通过构建温度-时间-性能（temperature-time-property，TTP）曲线，研究本工艺下入水温度和时效参数对7075铝合金微观组织和性能的影响，并结合机器学习对关键工艺参数进行优化匹配。结果表明：TTP曲线鼻端温度为315 ℃，合金时效后力学性能随入水温度的升高而升高，非等温锻时效后会出现双峰现象。在入水温度为380 ℃时，最佳时效参数为115 ℃-26 h，峰值硬度为182.38HV。训练后BP神经网络预测准度为94.9977%，对模型预测的最优工艺参数进行实验验证表明，其预测相似度为96.9%。与传统锻造工艺相比，本工艺能够在减少工序、降低能耗的同时，获得比传统锻造T6态7075铝合金更高的力学性能。

采用电子背散射衍射技术研究不同冷拉变形量和退火温度对Al-Si-Sc-Zr合金丝材组织及力学性能的影响。结果表明：随着冷拉变形量的增加，晶粒沿着拉拔方向被拉长、细化并形成纤维状组织和典型的〈111〉形变织构。但当变形量由0.61增至0.76时，晶粒内部发生再结晶行为导致晶粒尺寸增加及小角度晶界占比锐减。此外，冷拉变形产生的加工硬化，使得丝材的抗拉强度达到181.5 MPa，屈服强度达到166.5 MPa。当冷拉态丝材在350~450 ℃退火保温2 h后，纤维状的冷拉态组织转化为细小的等轴晶并形成了典型的立方织构｛100｝〈001〉。上述退火工艺能够显著消除冷拉产生的加工硬化，屈服强度由166.5 MPa降至84.0 MPa，而断后伸长率由2.1%增至9.5%，退火态组织均匀且稳定，有利于后续的冷拉拔加工。

采用冷金属过渡和脉冲（cold metal transfer and pulse，CMT+P）复合电弧增材制造工艺制备2024铝合金增材件，研究2024铝合金CMT+P电弧增材制造气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出的分布特征，以及不同工艺参数对气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出和耐腐蚀性能的影响。结果表明：2024铝合金增材件的气孔主要分布于熔合线附近，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致更高的孔隙率。同一沉积层上部为无择优取向的等轴晶，下部为具有择优取向的柱状晶，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致细晶区的产生，增加等轴晶比例，减弱织构。析出的二次相主要为Al₂CuMg，Al₂Cu和富Fe，Mn相，沿晶界连续分布。影响增材件腐蚀初期耐腐蚀性能的主要因素为Al₂CuMg的析出量。更慢的送丝速度和电弧行驶速度下具有更好的耐局部腐蚀性能，这主要是由更低的Al₂CuMg相比例分数导致。

电弧增材制造铝合金材料微观组织调控以及耐腐蚀性是其工程应用过程中需要重点研究的问题。采用冷金属过渡（cold metal transfer，CMT）电弧增材制造技术制备5356铝合金堆积体，借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及显微硬度计等对其微观组织结构进行表征和硬度测试，并通过电化学工作站、慢应变速率应力腐蚀试验机等研究其耐腐蚀行为。结果表明：5356铝合金CMT电弧增材制造样件微观组织结构为α-Al基体+β（Al₃Mg₂）相，沉积层中晶粒为长径比≤2的柱状晶，β（Al₃Mg₂）相以弥散细小颗粒状为主，结合层晶粒为较细小的再结晶化等轴晶，β（Al₃Mg₂）相以大块不连续沿晶分布为主，晶粒内部细小颗粒状β（Al₃Mg₂）相分布较少，基体强化作用减弱。沉积层自腐蚀电流密度为结合层的23%，这主要与其内部β（Al₃Mg₂）相的含量以及形态有关。5356铝合金电弧增材制造样件慢应变速率应力腐蚀敏感指数为0.57，在硅油和3.5%NaCl介质中均断裂失效于结合层，这是由于结合层基体强度较低，且大块沿晶分布的β（Al₃Mg₂）相在硅油惰性介质中对基体有割裂作用，在3.5%NaCl腐蚀性介质中大块β（Al₃Mg₂）相优先溶解，试样在拉应力作用下加速沿晶腐蚀开裂。

基于响应面设计发现2195铝锂合金薄板单面搅拌摩擦焊接的最佳工艺参数，并发现当转速越高焊速越低时，焊接接头的抗拉强度越高。实验结果表明：单面搅拌摩擦焊接中，针长为板材厚度的2/3长度时，焊缝根部出现未焊接缺陷，焊接接头的断裂形式介于脆性与塑性断裂之间，接头抗拉强度较差。在单面焊接最佳工艺参数的基础下，双面搅拌摩擦焊接能克服单面焊接中存在于焊缝根部的未焊接缺陷。通过设置不同的刀具下压量，当搅拌头转速为1600 r/min，进给速度为150 mm/min，下压量为0.1 mm时，双面焊接能将焊接接头的抗拉强度提高约10%，焊接接头的伸长率提高10%。双面搅拌摩擦焊接中前进侧的材料流动明显，焊接接头的断裂形式为塑性断裂。在双面焊接中，由于坯料受到了二次搅拌和加热，焊接区的材料软化加剧。相较于单面焊接，双面焊接接头处的显微硬度进一步降低。

开发具有高强和高导电、导热特性的铝合金，是实现铝合金材料在电气电子、散热工业应用的关键。针对这些需求，系统研究Al-Mg-Si-Fe合金中加入微量Eu对真空压铸制品组织和性能的影响。研究结果表明：添加0.05%~0.25%（质量分数，下同）Eu的合金变质效果呈先增强后减弱的变化规律，其中加入量为 0.15%合金时晶粒明显被细化，脆性（FeSiAl）共晶相和长板状共晶Si的析出被抑制，同时减少Mg在铝基体中固溶度，降低合金的晶格畸变，导致合金的力学性能、导电和导热性能同时获得改善。Al-Mg-Si-Fe-0.15Eu合金的导热系数为68.50 mm²/s，导电率为51.4%ICAS，抗拉强度为148 MPa，伸长率达到16.20%。与原始Al-Mg-Si-Fe铸态合金相比，导热系数增加12.50 mm²/s，导电率提高了1.4% ICAS，抗拉强度提高了20 MPa，伸长率增加了5.4%，合金拉伸断口形貌从准解理断裂变为韧性断裂特征。

采用混合熔盐法制备xTiB₂/Al-5Cu-0.85Mn-0.35Mg-0.5Ag（x=0%，1%，3%，5%，质量分数，下同）复合材料，并进行单级时效和断续时效处理，研究不同热处理工艺对材料微观组织和力学性能的影响。结果表明：随着TiB₂含量的增加，复合材料的硬度和强度均呈持续增加趋势，但伸长率逐渐下降。当 TiB₂ 含量为 3%时，单级时效处理（175 ℃/3 h）后，复合材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率分别为465.1，496.8 MPa，78.9 GPa和4.8%，采用175 ℃/1.5 h+150 ℃/13.5 h 断续时效处理后，复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量分别提高至479.3，507.2 MPa 和 79.1 GPa，比单级时效处理分别提高了5.9%，2.1%和0.25%，伸长率下降至4.1%。二次时效温度显著影响时效沉淀相的析出序列，是材料性能得以大幅提高的主要原因，当二次时效温度为 100 ℃ 时，θ'-Al₂Cu 相为主要时效强化相，二次时效温度为150 ℃时，Ω-Al₂Cu相成为主要的时效强化相。

针对先进航空发动机对高强耐热铝合金复杂壳体铸件的应用需求，对比分析一种新型Al-Si-Cu-Mg-Sc高强耐热铝合金与ZL101A，ZL205A铸造铝合金的工艺性能及力学性能，并采用高强耐热铝合金开展油泵复杂壳体金属型铸造工艺设计和实验验证，对铸件产品的质量进行检测分析。结果表明：新型Al-Si-Cu-Mg-Sc高强耐热铝合金的铸造流动性和抗热裂性能优于ZL205A高强铸造铝合金，其金属型铸造油泵复杂壳体的合格率与ZL101A同类壳体相当。新型合金的单铸试样和铸件本体取样的室温平均抗拉强度均达到420 MPa以上，明显高于ZL101A合金，250 ℃时其抗拉强度优于ZL205A合金。铸件的表面质量、内部质量、气密性和承压性能均满足产品设计要求。

在一定固溶时间下，固溶温度决定淬火后基体的过饱和度和再结晶程度，是影响材料时效后性能的重要因素。通过对2050铝锂合金挤压棒材进行不同温度（450~570 ℃）下保温2 h的固溶热处理和170 ℃/40 h的人工时效处理，结合多种性能检测和微观组织观察进行表征分析，研究固溶温度对2050铝锂合金挤压棒材组织和性能的影响。结果表明：随固溶温度逐渐升高，残余相不断回溶，固溶温度为525 ℃时残余相主要为含Fe相，升至550 ℃时棒材发生轻微过烧，达到570 ℃时棒材严重过烧；固溶温度为500 ℃时棒材发生局部再结晶，570 ℃时棒材完全再结晶。450~550 ℃固溶的2050铝锂合金挤压棒材经170 ℃/40 h的人工时效后，随固溶温度的升高θ′相和T₁相数量增加，且强度呈先快速增加后缓慢线性增加的趋势，550 ℃固溶的棒材屈服强度和抗拉强度最高，分别为505 MPa和567 MPa；伸长率随着固溶温度的升高先快速下降后保持稳定，由固溶温度为450 ℃时的13.4 %降低至500~550 ℃时的10.7%~10.4%。

采用电导率测试和拉伸实验，结合 OM和 SEM 形貌观察，研究不同固溶对6451铝合金板材微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：固溶温度为560 ℃时，板材在固溶处理3 s时已发生再结晶；固溶时间延长至5 s，Mg₂Si粒子少量回溶；时间延长至7 s，完全再结晶后形成等轴晶组织，Mg₂Si粒子大量回溶，板材强度迅速增大。随着固溶时间的进一步延长，T4P态板材强度的增速明显减缓，烤漆后的屈服强度增量基本不变；30 s固溶处理后，晶粒尺寸没有明显变化；固溶时间增加至60 s时，Mg₂Si粒子完全回溶，T4P态板材的屈服强度和抗拉强度分别提升至125 MPa和247 MPa，伸长率达30%。根据研究结果建立基于经典扩散理论的T4P态板材屈服强度与固溶量之间的函数关系模型。

采用Ca和TiH₂分别作为增黏剂和发泡剂，通过熔体发泡法成功制备了孔隙率（72±0.5）%的闭孔泡沫Al-0.16Sc，Al-0.21Sc和Al-0.16Sc-0.17Zr合金。研究了经等时时效处理后的泡沫合金微观组织和抗压强度。结果表明，在200~600 ℃之间的等时时效过程中，由于Al₃Sc/Al₃（Sc_{1- x} Ti _x ）的沉淀强化，泡沫Al-0.16Sc和Al-0.21Sc合金在325 ℃下达到峰值屈服强度（分别为21.4 MPa和26.8 MPa）。与泡沫Al-Sc不同，泡沫Al-0.16Sc-0.17Zr合金在325 ℃和400 ℃下的屈服强度分别达到23.7 MPa和24.7 MPa，相比铸态合金屈服强度分别提升100.8%和109%。添加Zr可以显著提高泡沫Al-Sc合金的强度，还可有效抑制Al₃Sc/Al₃（Sc_{1- x} Ti _x ）相粗化。

采用微连接搅拌摩擦焊技术焊接厚度为0.5 mm的6061-T6超薄铝合金，研究了3种不同轴肩形貌的搅拌头对6061-T6薄壁结构对接接头成形品质、微观组织、力学性能、焊接热循环及力的过程的影响差异，并逐一分析3种焊缝横截面塑性金属的流动特性。结果表明：焊缝表面成形效果受焊接热输入量的影响显著。3种轴肩形貌各异的搅拌头所形成接头横截面硬度分布趋势基本呈“W”形。无针的三渐开线导流槽轴肩焊接接头焊核区中心处最高硬度值及热机影响区最低硬度值均为三者中最高。三渐开线导流槽带针轴肩所形成接头力学性能表现突出，其拉伸强度、屈服强度和断后伸长率均高于其余两者，拉伸断口主要呈韧性断裂。热循环及力的过程参数能够精准反映焊接状态的变化趋势。维持焊缝金属软化所需热量来源于轴肩与工件的摩擦生热以及工件受轴肩轴向力和前进力所做之功。轴向力、前进力会随金属软化程度不同而波动，这种波动对塑性金属的迁移实现动态调节。轴肩表面对焊缝上部作用较强，驱动了前进侧与后退侧塑性金属迁移；搅拌头针部促进了塑性金属与垫板的作用，为焊缝金属上下部分流动提供了驱动力。实现最佳产热潜能是搅拌针与渐开线沟槽的综合结果，二者协同更易形成成形良好的焊缝。

利用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在镁合金表面沉积四种不同厚度的316不锈钢涂层（SSC2，SSC4，SSC7，SSC10），研究涂层的微观结构、沉积特性、残余应力和浸泡腐蚀特性。结果表明：因镁合金较低的熔点和硬度，喷涂颗粒易侵入基体并使其表面熔化，造成粒子的逃逸或飞溅，沉积效率较低；沉积较薄涂层（SSC2和SSC4）后，沉积颗粒逃逸或飞溅行为显著减少，沉积效率增加；沉积厚度增加至SSC7及以上时，沉积表面温度升高，粒子飞溅逐渐增多，涂层表面孔隙率和氧化物增加。随涂层厚度的增加，涂层残余压应力减小，应力分布均匀性提高，涂层中穿透性孔隙大幅降低并接近于零。SSC2和SSC4涂层内部存在穿透性孔隙，有效防护时间极短；厚涂层（SSC7级以上）在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡720 h后仍具防护作用。

通过传统铸造法制备Al-5%Fe-xNi （x=0%，1.5%，5%，7.5%，10%，质量分数，下同）合金，观察Ni加入后合金中初生相的形态和尺寸变化，分析合金凝固过程的转变情况以及Ni加入对初生相和共晶组织的影响，探讨Ni含量对合金组织及热学性能的影响。结果表明：随着Ni含量的增加，合金中的初生相由不规则块状转变为针状。当Ni含量超过5%时，共晶组织减少，初生相转变为规则排列的Al₉FeNi相。Ni的加入显著改变合金的凝固过程，使得初生相析出反应由L→Al₁₃Fe₄转变为L→Al₉FeNi或L+Al₁₃Fe₄→Al₉FeNi，共晶析出反应由L→α-Al+Al₁₃Fe₄逐渐转变为L+Al₁₃Fe₄→α-Al+Al₉FeNi和L→Al₃Ni+α-Al+Al₉FeNi。随着Ni含量的增加，析出相体积分数增大，合金的热导率和热膨胀系数随之降低，热膨胀系数从Al-5%Fe的19.9×10^-6 K^-1（@25~200 ℃）降至Al-5%Fe-10%Ni的17.6×10^-6 K^-1 （@25~200 ℃）。采用通用有效介质理论（GEMT）模型和修正的Turner模型分别对合金的热导率和热膨胀系数进行预测，发现模拟值与实验值吻合较好。

借助光学显微镜（OM），X射线衍射仪（XRD），场发射扫描电镜（SEM-EDS）和透射电镜（TEM）研究Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金铸态组织和双级均匀化后弥散相分布、尺寸和数量密度的影响，并采用高通量等温压缩实验研究不同等效应变下Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为的影响。结果表明：均匀化阶段除析出棒状T-Al₂₀Cu₂Mn₃弥散相外，还出现平均直径和数量密度分别为67.4 nm和4.7 μm^-2的球状Al₇（Cr， Mn）弥散相，Cr与Mn相反的平衡分配系数（K _Mn<1 vs K _Cr>1）将无弥散相析出面积分数从29.5%降至13.8%，棒状的T-Al₂₀Cu₂Mn₃弥散相平均长度从275.4 nm减小至147.3 nm，数量密度从3.5 μm^-2增至10.4 μm^-2。EBSD和拉伸实验结果表明，Al₇（Cr， Mn）弥散相对位错运动阻碍作用减少热压缩过程中小角度晶界向大角度晶界的转变，抑制动态再结晶。Cr的添加提高Al-Cu-Mg-Ag合金不同温度下的力学性能，在25，250，300 ℃下Al₇（Cr，Mn）弥散相对合金屈服强度的贡献值分别为21.9，16.2 MPa和15.3 MPa。

利用SLM成形制备SiC/AlSi10Mg复合材料，采用XRD，SEM，EDS，EBSD，电化学方法和摩擦磨损实验分析其物相特征、微观组织和耐蚀、耐磨性能，并与SLM成形AlSi10Mg合金进行对比。结果表明：在3.5%（质量分数）NaCl溶液中，SLM成形SiC/AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度（2.0827 μA/cm²）小于SLM成形AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度（3.389 μA/cm²），同时SLM成形SiC/AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度（7.1 nm）大于AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度（1.9 nm），说明SLM成形SiC/AlSi10Mg试样耐蚀性能更优。究其原因为，SiC加入后引起晶粒细化、大角度晶界比例增多及铝基体连续性破坏，进而导致腐蚀速率减缓，耐蚀性能增强。此外，与SLM成形AlSi10Mg合金的硬度（103.58±7.41）HV_0.2相比，SLM成形SiC/AlSi10Mg复合材料的硬度（207.68±16.02）HV_0.2大约是前者的2倍，硬度明显提高，耐磨性能增强；SLM成形AlSi10Mg和SiC/AlSi10Mg的磨损机制均以磨料磨损和氧化磨损为主。

以0.27%（体积分数）TiC颗粒增强的TiC_p/Al-5Cu-1.9Mg-0.9Mn复合材料为基体，研究不同Sm元素含量对复合材料组织与力学性能的影响规律。结果表明：Sm元素的加入明显细化了枝晶组织，促进了固溶处理过程中第二相的溶解，使得时效态组织中T-Al₂₀Cu₂Mn₃和S'-Al₂CuMg析出相的数量密度增加，当Sm元素含量较高时（0.3%，质量分数，下同），组织中将出现块状难溶稀土化合物。随着Sm的加入，复合材料室温和250 ℃下的屈服强度逐渐增加，但会引起塑性降低，当Sm元素添加量为0.3%时，室温屈服强度从246 MPa提高到310 MPa，250 ℃屈服强度从191 MPa提高到220 MPa。分析认为，强度提高源于Sm引起的组织细化和析出相数量密度增加，而塑性下降是由于粗大块状难溶稀土化合物割裂了基体，导致裂纹源容易产生。

以7050铝合金为研究对象，研究热处理状态（空冷时效与水冷时效）和宏观取向（与轧制方向成0°，45°，90°）耦合作用对合金力学性能的影响。结果表明：水冷时效态的样品中析出相细小均匀弥散，晶界无析出带较窄。在空冷时效态下，过饱和的溶质不仅会以半共格的Al₃Zr为核心形成粗大析出相，还会沿位错大量析出。此外，与水冷时效态相比，空冷时效态晶界相尺寸大幅增加，晶界无析出带显著宽化，不同宏观取向样品的强度和伸长率都明显下降。宏观取向对两种状态样品强度的差值影响较小，但对伸长率的差值影响较大。当拉伸方向与轧制方向成45°方向时，空冷诱导的伸长率下降幅度最小；当拉伸方向与轧制方向成90°时，下降幅度最大。

为探究微量Zr合金化对6082铝合金热变形组织及其后续热处理过程中再结晶的影响，对比研究6082铝合金和含Zr的6082铝合金在不同应变速率（0.01，1 s^-1）下的热变形行为及微取向演变，分析热处理前后晶粒组织的演变过程，进一步讨论添加Zr对6082铝合金的热变形亚晶组织和再结晶组织的调控作用。结果表明：添加Zr使6082铝合金在热变形过程中的再结晶以不连续动态再结晶为主，同时也发生了粒子激发形核（particle stimulated nucleation，PSN）机制产生的再结晶，在热变形过程中，Zr还起到了抑制再结晶的作用。微量Zr合金化后亚晶尺寸减小、位错密度增加，再结晶水平降低，且应变速率越高的试样再结晶水平越低，Zr的加入促进了6082铝合金在热变形过程中不连续动态再结晶的产生。

纯镁具有密度低、减震性能好、生物相容性好等优点，但是强度低。合金化是调控纯镁组织和性能的重要方法。Sn具有熔点低、与Mg的共晶温度高、在Mg中的固溶度大、化学性质稳定和产量大等特点，适合作为合金化元素。本文综述了合金化元素Sn对镁合金组织与性能的影响，由于Sn元素在固/液界面前沿富集、固溶后降低镁基体锥面与基面位错滑移临界分切应力的比值、固溶后提高基体电位、形成Mg₂Sn析出相后阻碍位错和晶界运动、与镁基体构成腐蚀原电池等，可产生晶粒细化、时效硬化和强化、提高塑性、调控腐蚀速率、提高放电效率和放电电位等作用。目前制约Mg-Sn基合金发展的主要问题是时效缓慢、硬度和强度低。未来应发展快速显著时效强化的Mg-Sn基合金、含Sn的高塑性变形镁合金和含Sn的结构-功能镁合金。