工业选材在满足强度要求以保证结构安全之余，通常也需要尽可能兼顾轻量化以使机械结构更加轻盈。当仅仅考虑室温服役性能时，大量的商用铝合金材料因其优异的室温力学性能可供备选，并通常能很好地契合“轻质-高强”这一目标。然而，对于需要在300~500℃中温区间服役的构件，铝合金的上述优势则荡然无存。其主要原因在于传统高强铝合金赖以强化的析出相在200℃以上便将发生快速失稳粗化，导致材料丧失强化效果并快速软化失效。而若以更耐热的钛合金、高温合金等作为替代，则随之带来的结构增重与成本提高又令设计者甚觉“重材轻用”。目前，在>300℃温度区间难以实现安全服役仍是轻质铝基材料开发的难点所在，而其关键的解决方案在于如何寻求微观组织的高温稳定化。本文从耐热铝合金中特异性的微观组织特点出发，综述近期业界在耐热铝基合金开发过程中关于强化相选择、合金化策略以及微观组织热稳定化的进展与内在构建机理，以期能够提供一些耐热轻质合金材料微观组织设计过程的普适性基本理论依据。

在高能粒子辐照条件下，金属基结构材料内部会出现不同类型的缺陷，这些辐照诱导缺陷的大规模聚集会造成损伤，降低材料的结构稳定性，从而严重影响结构材料的力学和物理性能。通过材料设计的手段引入界面充当缺陷陷阱，可通过对辐照诱导缺陷的分离、吸收和湮灭，有效减轻材料的辐照损伤。纳米结构材料由于含有高密度界面，其辐照损伤行为的研究于近20年快速发展，且界面能被证实是影响界面调控辐照损伤的重要因素。本文聚焦金属基纳米结构材料，围绕界面设计，详细阐述了低能和高能界面设计下，不同结构类型的界面对辐照损伤的影响及界面响应行为的研究进展，为进一步实现界面结构优化，平衡界面能、界面结构稳定性及良好辐照抗性之间的关系提供理论基础和科学依据。最后，基于前述界面设计的思想，总结了近年来发展的碳/金属界面设计及抗辐照损伤的研究进展，展望了未来先进抗辐照金属基纳米结构材料的设计和发展。

烧结NdFeB永磁材料的腐蚀敏感性限制了其在复杂工况下的应用，提高磁体的抗腐蚀能力和开发优异的防护涂层是领域发展的重点方向。尽管针对长寿命NdFeB磁体的探索已经做了大量工作，但是从技术工艺到基础理论，系统地研究NdFeB磁体的腐蚀问题仍然比较少，这一方面是由于材料腐蚀与防护的基础研究滞后于磁性能方面的研究工作，另一方面还与市场对材料品质要求的不断提高及多样化需求有较大关系。本文综述了耐蚀烧结NdFeB永磁材料的最新研究成果，包括影响腐蚀的因素、提高磁体耐蚀性能的基础理论及方法、表面防护战略的基本框架及工程应用中的关键技术；最后，展望了未来前景并分析了面临的挑战，期望为今后的发展指明方向。

高温防护涂层在航空发动机或燃气轮机上有着广泛应用，活性元素在高温防护涂层上得到了大量应用，尤其在降低氧化层生长速率和提高其粘结性方面，但是目前活性元素的微观作用机制还存在较大争议。在提出的几种解释中，氧化物“钉扎”模型往往作为首要的考虑因素，是一个非常重要的模型，但目前依旧存在争议。本文综述了自氧化物“钉扎”现象发现以来该模型的发展，包括模型的提出、氧化物栓与氧化层粘结性的关系、如何提高“钉扎”效果、不同情况下氧化物栓的生成和长大等，并介绍了该模型存在的缺陷。最后对该模型在自身完善方面及该模型和活性元素效应的其他解释模型之间的相互作用机制方面的研究重点进行了展望，力图对氧化物“钉扎”现象及目前的研究方向有一个全面的认识，期望为活性元素效应的研究和热障涂层材料设计提供一定的基础。

采用OM和SEM对选区激光熔化René 88DT高温合金显微组织进行了表征，分析了制备参数对晶粒组织及冶金缺陷的影响。结果表明，制备参数可以影响合金凝固过程中胞状枝晶的择优生长方向，进而影响晶粒的形貌和尺寸。在低热输入以及67°层间扫描转角条件下，不同取向的枝晶相互竞争生长，使试样的组织呈现近等轴晶；采用高热输入以及0°层间扫描转角制备的试样，因其枝晶能够跨越多个沉积层连续外延生长而形成了柱状晶组织。采用90°层间扫描转角制备的试样晶粒组织为柱状晶，但其长径比低于0°层间扫描转角制备的试样，且由于金属蒸气烟尘的遮蔽作用导致试样在相互垂直的扫描方向上产生了各向异性。试样内部的冶金缺陷主要为低熔点共晶液化所导致的沿晶界分布的凝固裂纹，等轴晶组织阻碍凝固裂纹的扩展能力远高于柱状晶组织，后者裂纹密度是前者的22倍。考虑成形质量及服役条件，67°层间扫描转角以及较低的热输入是适合René 88DT合金的选区激光熔化制备参数。

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象，采用变截面蠕变试样，在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验，利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律，利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明：随着应力的增大，镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低，筏化程度增大且筏排厚度下降，同时，γ相通道宽度逐渐增大，而γ/γ'两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ'两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ'相体积分数降低和γ'相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外，位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积，使位错易于切入γ′相，也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。

研究了K416B合金中富W相的析出行为与合金浇注温度和凝固速率的关系。结果表明，在相同冷却速率下，合金的浇注温度由1500℃降低到1450℃时，晶粒尺寸明显减小。在不同浇注温度下，合金中均有块状α-W相在残余共晶中析出，α-W相形貌差别不大。合金的残余共晶中存在大尺寸的M₆C相，而残余共晶的边缘处有小尺寸的M₆C相。高凝固速率时，合金中富W相数量减少、尺寸减小，表明富W相析出受到明显抑制。对于铸造高钨镍基高温合金，选择合适的浇注温度以及保温体系加快凝固初期的冷却速率，可以控制富W相的析出和转变，从而优化合金性能。

在1123~1423 K、0.1~10 s^-1条件下对18.7Cr-1.0Ni-5.8Mn-0.2N节Ni型双相不锈钢进行70%大变形量热压缩研究。利用OM、SEM和EBSD分析热变形组织。结果表明，铁素体动态再结晶(DRX)主要发生在1123 K较低变形温度，随应变速率增大，晶粒细化程度增加，晶粒不均匀程度减小。应变速率对铁素体DRX影响较大，而奥氏体DRX对变形温度更加敏感。在1223 K、10 s^-1条件下，铁素体相发生了以小角度晶界(LAGB)向大角度晶界(HAGB)转变的连续动态再结晶(CDRX)，而在1323 K、0.1 s^-1条件下，奥氏体相以不连续动态再结晶(DDRX)为主。低应变速率条件下升高温度易诱发DDRX，而在高应变速率条件下易发生CDRX。在高温低应变条件下，奥氏体相晶粒取向主要为(001)和(111)再结晶织构，而铁素体相在(001)和(111)织构之间存在竞争关系。拟合获得临界应力(应变)并确定了其与峰值应力(应变)的关系。随着应变增加，热加工失稳区缩小，且稳定区逐渐向高温高应变速率方向移动，1323~1423 K、0.01~6.05 s^-1的热参数条件最适合热加工。

采用大气等离子喷涂制备了Ta₂O₅原位复合钽基纳米晶涂层，利用SEM、微束XRD、微动摩擦磨损实验机及非接触三维表面轮廓仪等技术手段并结合计算分析，考察了喷涂功率、主气(Ar)流量等对钽基涂层表面Ta₂O₅含量、晶粒尺寸、显微硬度和摩擦磨损性能等的影响规律及原因。在考察范围内，随喷涂功率增大，钽基涂层表面Ta₂O₅含量呈先减小后增大的变化，而涂层表面α-Ta的晶粒尺寸及点阵畸变则均呈先增大后减小的变化；随Ar气流量增大，涂层表面Ta₂O₅含量总体呈减小趋势，在流量为2.17×10^-3~2.33×10^-3 m³/s时达到最低，α-Ta的晶粒尺寸与点阵畸变的变化呈负相关性；采用间断喷涂方法时涂层表面Ta₂O₅含量降低，α-Ta晶粒尺寸及点阵畸变均略有减小。通过对喷涂相关微观过程特点的分析，对这些规律作了阐释。涂层的显微硬度与其表面Ta₂O₅含量相关，高硬度涂层的表面Ta₂O₅含量相对较低；干摩擦条件下晶粒较大、Ta₂O₅含量较少的涂层抵御硬质陶瓷低速刻划的能力较差；边界润滑状态下硬度较高的涂层表现出更优的抗磨减摩性能；采取间断喷涂可获得摩擦学性能最佳的涂层。钽基涂层的机械性能与其微观结构特征显著相关；除显微硬度外，涂层晶粒尺寸、点阵畸变及表面Ta₂O₅含量的相对值可用作质量控制的重要指标。

针对表面张力影响下的W-Ni-Fe三元合金，通过光滑粒子流体动力学(SPH)建立了仿真多元金属液滴碰撞融合过程的数值模型，获得了流体在等离子球化过程中的流场和温度分布。结果表明，W的占比越高、粒径越小、环境温度越高、Marangoni力越大，则球化度越好。根据SPH模拟结果选择了平均粒径1.5 μm的W粉、平均粒径4.1 μm的Ni粉和平均粒径2.4 μm的Fe粉为原料，按照质量比W∶Ni∶Fe=90∶7∶3进行喷雾造粒，在等离子焰流温度为8000℃条件下球化，球化后的三元合金粉末球形度好，内部致密。球化后颗粒流动性为11.62 s/50 g，松装密度10.66 g/cm³，有利于使用铺粉方法进行3D打印。证实了SPH仿真结果可靠，该模拟结果可用于指导难熔金属W的等离子球化制备工艺。