轻质高强耐热的镁稀土(Mg-RE)合金大型复杂铸件在航空航天、国防军工装备轻量化等方面展现出独特的优势。对铸造Mg-RE合金进行晶粒细化处理能够显著改善合金的强度、塑韧性以及铸造工艺性能，对拓宽其应用领域意义重大。本文首先基于成分过冷和异质形核，探讨了稀土元素及外加颗粒对镁合金晶粒细化的影响。归纳了适用于铸造Mg-RE合金的化学、物理细化方法及其作用机制，并系统论述了晶粒细化对铸造Mg-RE合金铸造工艺性能、力学性能及腐蚀性能的影响。最后面向Mg-RE合金的实际应用需求，对其细化处理方面存在的不足和发展趋势进行了探讨。

本文简要回顾了国内外镁合金导热行为和导热机制的研究工作，梳理了影响镁合金导热的因素，如固溶原子、变形和温度等。在此基础上，归纳总结了高导热镁合金的发展，并讨论了导热与力学性能之间的倒置关系，最后提出高导热镁合金的设计思路和发展方向。主要结论如下：固溶原子会导致晶格畸变而降低镁合金热导率，与其化合价、原子半径和原子核额外电子有关；第二相与Mg基体的界面会对电子运动产生阻碍作用，进而削弱热导性能，具体与其形貌、尺寸、分布和含量相关；对于变形镁合金，沿径向或法向方向的导热性能往往优于挤压或轧制方向；温度是影响镁合金热导率的重要因素，在不同的温度区间内，热导率的主要散射机制不同，一般需要对各温度区间分开讨论。未来关于导热镁合金的研究仍有必要继续深入，可以重点聚焦于以下方面：镁合金显微组织与其导热性能的关系量化；多元镁合金的导热行为及其导热模型的建立；高导热镁合金成分设计与组织控制；镁合金导热行为的物理本质探究。

高温合金铸件是航空航天重大装备中不可或缺的热端部件，正向尺寸更大、结构更复杂和壁厚更薄的方向发展，对其内部冶金质量和外部尺寸精度的要求也愈加严苛，逐渐超出了传统熔模精密铸造技术的成型极限。疏松缺陷控制、薄壁完整充型、尺寸精度和表面质量控制已经成为大型复杂薄壁高温合金铸件制造的关键难题。本文系统综述了国内外高温合金铸造工艺设计、模壳制备、全流程尺寸精度和调压成型技术的研究现状，并对基于大数据的铸造智能化发展趋势进行了分析与展望。

原位自生TiB₂/Al基复合材料是具有优异综合力学性能和机械加工性能的高性能结构材料。在众多工况条件下，复合材料耐蚀性能是设计者们需要考虑的关键要素之一。由于TiB₂颗粒和Al基体间的微电偶腐蚀以及TiB₂颗粒对复合材料Al基体表面天然氧化膜层连续性破坏等因素，降低了此类复合材料的耐蚀性。TiB₂/Al基复合材料的表面处理与腐蚀防护技术的开发显得尤为迫切。针对这一问题，本文主要基于现有的阳极氧化和稀土转化膜技术、低温熔盐沉积技术、微弧氧化技术等表面改性方法，综述了原位自生TiB₂/Al基复合材料表面改性及其腐蚀防护技术的研究进展，并对此类复合材料表面改性工艺技术发展方向提出合理建议。新型高效表面处理与腐蚀防护工艺的采用将为原位自生TiB₂/Al基复合材料在航空、航天、航海、武器装备、轨道交通、汽车轻量化等领域的更大规模应用提供有效技术保障。

先进高强钢经历了从第一代至第三代的高速发展，为汽车工业中轻量化及安全性的持续提升提供了重要保障。作为第三代先进高强钢的代表钢种之一，淬火-配分(QP)钢和淬火-配分-回火(QPT)钢近10年来发展迅速。本文从以下几个方面对QP钢及QPT钢的制备工艺和强韧化机理进行了综述：(1) 从QP到QPT的工艺设计发展历程及其原理；(2) 配分过程中的C配分和组织演变规律；(3) 亚稳奥氏体的稳定性及其对相变诱发塑性(TRIP)效应的影响；(4) 纳米析出强化的QPT钢的组织和热处理工艺设计；(5) 热成形QPT钢一体化工艺；(6) QP钢、QPT钢的强韧化机制和使用服役性能。并对今后QP钢和QPT钢的制造与使用前景作出展望。

铝基非晶合金具有优异的力学性能与良好的耐蚀性，但是其较差的非晶形成能力使得大尺寸样品不易获得，工程应用也由此受到很大限制。鉴于合金的非晶形成能力与其结构密切相关，本文简要回顾铝基非晶合金发展历程，在全面了解其组元构成的基础上，重点阐述了铝基非晶合金的微观结构，以及由此衍生出的合金成分设计理论、非晶形成能力与成分的关系、晶化过程中初生相的选择等问题。最后对铝基非晶合金未来的研究方向进行了展望。

本文主要对钛合金及其扩散焊疲劳特性研究进展进行了综述，总结了钛合金及其焊接后疲劳裂纹萌生和扩展的规律。概述了钛合金的化学成分和分类，以及常用焊接方法，重点介绍扩散焊的特点和优势。描述了循环载荷作用下滑移带形成和位错的运动现象，阐明疲劳裂纹萌生的机制。钛合金微观组织的选择是优化力学性能的常见方法，现有研究表明，制备层合结构是降低钛合金疲劳裂纹扩展速率的一种重要调控手段。不合适的焊接工艺参数会导致接头缺陷的形成，后续热处理能够降低接头缺陷，并提高焊接构件的疲劳寿命和疲劳强度。最后，简述了扩散焊制备多层和异种钛合金层合结构来实现构件高损伤容限的可行性。

金属微纳米阵列材料以其独特的结构和物理化学性质，被广泛应用于电子、能源及生物等领域。无模板电沉积制备金属微纳米阵列材料具有形状尺寸可控性高、制备成本低、可大规模生产等优点，有广阔的应用前景。本文结合作者实验室近年来的研究工作，对无模板电沉积制备金属微纳米阵列材料的研究进行了系统总结，分别从无模板电沉积方法、金属微纳米阵列材料的研究现状和形成机理、金属微纳米阵列材料在各领域的应用现状及未来展望等方面进行了介绍和评述，以期对本领域未来的研究工作给予借鉴和启迪，从而进一步推动无模板电沉积金属微纳米阵列材料的应用与发展。

热障涂层是现代高性能航空发动机的关键材料和技术，能够显著提升热端部件(比如涡轮叶片)的工作温度，同时保护热端部件不受高温氧化和腐蚀。金属粘结层作为热障涂层的关键组成部分，直接决定了热障涂层体系的服役性能和寿命。然而，传统MCrAlY粘结层因为存在抗氧化性能不足、粘结层-基体互扩散严重以及高温强度不足等问题，导致服役温度不足1100℃，无法满足下一代超高温热障涂层的应用温度要求。基于传统MCrAlY粘结层中存在的关键问题，本团队提出高熵合金粘结层的设计思路，旨在突破传统粘结层的应用温度局限。本文重点介绍了Y/Hf-NiCoCrAlFe高熵合金的抗氧化与抗热腐蚀性能，同时也对此高熵合金粉体与粘结层的抗氧化性能进行了阐述，最后对高性能高熵合金粘结层的发展方向进行了展望。

激光熔覆作为一种高精度成形与低损伤控性的表面强化技术，可以赋予零部件表面更高的性能。铁基涂层作为一种低成本的涂层体系一直广泛地应用于各种机械零部件的表面强化领域。随着零部件对高性能和长寿命的追求，对激光熔覆涂层材料的设计及性能也提出了更高要求。本文综述了作者团队近年来设计和制备的纳米贝氏体铁基涂层、超细共晶增强铁基涂层、颗粒增强马氏体涂层及高硬度非晶铁基涂层，并从设计思路、涂层组织结构和力学性能等方面详细介绍了研究结果，并对未来发展方向进行了展望。

镍基合金及其焊接材料因具有优异的耐蚀性和高温力学性能，成为核电站关键设备中的关键材料，其焊接质量关系到核电站的安全运行。失塑裂纹(ductility-dip crack，DDC)是镍基合金中常见的一种微观缺陷，常常出现在多层多道焊中，因其尺寸小(长100 μm左右)、难检测，成为核电站运行安全的潜在威胁。本文简要地回顾了核级镍基合金及其焊接材料的发展历程，从镍基600系列合金发展到690系列合金，解决了焊接接头晶间腐蚀裂纹问题，但对之引起的焊接DDC问题，从成分设计角度，开发了以Inconel 52、Inconel 52M和Inconel 52MSS为代表的焊接材料，焊接接头的DDC敏感性逐步降低，但此问题至今并未完全解决。介绍了DDC的微观特征及其敏感性评价方法，总结了目前比较认可的DDC开裂机制，从成分和微观组织角度分析了其影响因素，最后进行了展望。

针对机器人自动化焊接设备无法满足复杂焊接场景下的自感知、智能决策以及工艺鲁棒控制等难题，运用人工智能技术模拟经验焊工的观察、知识与行为，实现对焊接制造过程中的多模态信息感知、知识判断与智能化控制等行为功能，提出了智能化机器人焊接关键技术、焊接柔性制造系统的智能建模及其协调控制策略等，形成了焊接智能制造技术与系统的技术构成和理论架构，同时为解决其他材料成形工艺复杂过程的智能制造技术与系统实现提供了可借鉴的科学方法和技术实现途径。

汽车用先进高强钢支撑了现代汽车工业的飞速发展。其中双相钢以优异的力学综合性能、良好的焊接和涂装性能及较低的成本，被广泛应用于汽车结构件和车身材料中，实现有效的结构减重并提升汽车的安全性能。合金成分和组织的优化设计是获得高性能双相钢的主要手段，而明确双相钢的组织特性影响因素以及与力学性能之间的关系则是指导双相钢的合金成分和组织优化设计的必然要求。本文围绕汽车用先进高强度冷轧双相钢的显微组织和力学性能研究的最新进展，首先概述了双相钢合金成分设计的准则以及利用合金元素对显微组织进行调控的方法。然后总结了双相钢在热加工过程中的显微组织演变的规律，探讨了轧制、两相区退火、冷却过程以及过时效过程对双相钢显微组织的影响。分析了双相钢力学性能和典型的失效形式，以及与显微组织之间的关系。最后简述了目前汽车用双相钢研究还存在的科学问题和挑战，并展望了未来的研究方向和发展趋势。

利用同步辐射X射线二维成像技术对液/固复层界面加热过程中氢气泡的生长、运动行为及形态演变进行了原位表征，研究气泡的形核机理、生长机制与运动特征。结果表明，氢气泡的形核机制主要为非均质形核与双层表面膜演变；成分不均匀与双层膜转变将群体气泡的生长分为2个不同阶段，气泡平均尺寸与时间的变化关系遵循stochastic 随机模型；其生长机制为跳跃合并与熟化吞并机制，伴随着氢气泡形态由球状向椭球状与非规则状转变；氢气泡的运动包含向上迁移与无定向跳跃，在金属间化合物阻碍下氢气泡的生长经历多次跳跃，主要归因于双层表面膜转变为气泡、变形气泡尺寸增加、化合物溶解与化合物的扰动。