对于高混合熵为高熵非晶合金带来的特殊结构和高热稳定性与其摩擦性能间内在联系的研究，可为开发具有优异摩擦磨损性能的高熵非晶合金提供新的设计思路。因此，本工作基于纳米压痕及划痕技术研究了TiZrHfCuBe高熵非晶合金在不同划动速率和不同加载速率下的纳米划痕行为，探究了高混合熵为其带来的特殊结构与其纳米摩擦学性能间的内在联系。结果表明：TiZrHfCuBe 高熵非晶合金微观结构由缺陷较少的均匀刚性基体构成，不同区域的纳米压痕硬度均接近理论值的90%以上。在纳米划痕实验中，随着划动速率的增大，TiZrHfCuBe高熵非晶合金的刻划深度基本保持不变，但是残余划痕深度却逐渐减小。这归因于划动速率的增加迟滞了TiZrHfCuBe高熵非晶合金微观结构中剪切转变区的激活以及随后的剪切变形，从而导致划痕过程中的犁沟系数逐渐减小和残余深度的降低。在变力加载的纳米划痕实验中，随着加载力的增加，剪切转变区激活以及随后的剪切变形迟滞效应逐渐减小，导致塑性犁沟系数和划痕深度逐渐增大。

共晶高熵合金作为一种原位复合材料，因其具有典型的双相层片状组织和良好的流动性能，在组织以及性能调控方面具有巨大的潜力。本工作分别采用真空感应熔炼和激光粉末床熔融(LPBF)制备了AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，分析了制备工艺对该合金微观组织的影响，并探究了2种样品在室温、500℃和700℃条件下的拉伸性能。结果表明，铸态和LPBF成形样品均呈现出由fcc相和bcc/B2相交替组成的共晶结构。LPBF过程中极高的加热和冷却速率有利于超细均匀共晶层片的形成，并且显著降低了元素偏析。在室温拉伸变形过程中，由于较强的相界强化和双相协同变形特性，使得LPBF成形样品的抗拉强度相较于铸态样品提升了约28%，并获得了10%的良好延伸率。在500℃拉伸条件下，铸态及LPBF成形样品的力学性能均有所下降，这可能归因于合金中剧烈的相变。随拉伸温度升至700℃，铸态样品的力学性能持续降低，而LPBF成形样品表现出更低的抗拉强度和优异的伸长率，其原因是其超细共晶层片在高温条件下易于沿相界发生相对滑动，此时合金的断裂机制以韧性断裂为主。

镍基单晶高温合金是制造航空发动机单晶涡轮叶片的关键材料，选区激光熔化(SLM)制造单晶组织和复杂结构具有技术优势和可行性。在SLM中，熔道与熔道之间的搭接质量对单晶组织的完整性至关重要。本工作在4种激光功率和扫描速率的组合工艺下，探究了扫描间距(0.06、0.09、0.12和0.15 mm)对第四代镍基单晶高温合金DD491熔道微观形貌、冶金缺陷、晶体取向和微观组织的影响。结果表明，低功率、低速率和高功率、高速率的工艺参数能够为晶体定向生长提供稳定的几何形态和冶金条件，熔道底部晶体能够延续基底取向实现[001]定向生长。熔道内不同区域存在不同类型的晶体取向缺陷，包括顶部中间等轴晶、顶部[010]和[100]柱状杂晶、内部小角度取向偏差等。较小扫描间距的熔道重熔率较高，有利于减少熔道两侧的杂晶缺陷。

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(EIGA) +热等静压工艺制备的大尺寸粉末冶金Inconel 718合金坯料中存在大量原始颗粒边界，恶化了材料的力学性能。本工作通过特殊高温热处理对合金坯料进行组织修复，观察了其显微组织、测试了其力学性能。结果表明，试验型包套成形合金的力学性能与锻件相当。采用相同热等静压工艺成形大型复杂结构件，由于屏蔽效应、制备工艺参数未完全优化等原因，粉末冶金结构件中出现大量原始颗粒边界(PPBs)，恶化了Inconel 718合金的拉伸塑性和冲击性能。特殊高温热处理可以有效消除合金坯料中的PPBs，增加颗粒间结合强度，改善合金性能。热等静压+特殊高温热处理可以作为粉末冶金Inconel 718大型复杂结构件成形工艺，结构件本体力学性能与锻件相当。

鉴于电沉积Ni-Co-Zn三元合金中Zn²⁺与Ni²⁺、Co²⁺标准还原电势差异大，优先析出的Zn会吸附在电极表面并形成Zn(OH)₂沉淀膜，阻碍后续Ni²⁺和Co²⁺还原放电，不利于合金共沉积，本工作以抗坏血酸(H₂Asc)作为络合剂，通过调控镀液中Ni²⁺∶Co²⁺∶Zn²⁺摩尔浓度比，旨在实现Ni-Co-Zn三元共沉积。利用SEM、XRD等方法分析了离子摩尔浓度比和H₂Asc浓度对电沉积Ni-Co-Zn合金表面形貌和织构生长的影响。结果表明，当Ni²⁺∶Co²⁺∶Zn²⁺摩尔浓度比为4∶5∶1时，合金镀层中Ni含量高达12.2% (质量分数)，晶粒细化致密。当H₂Asc浓度为5 g/L时，织构生长呈类菜花球状，晶粒尺寸约为300 nm，具有最小的生长应力9.04 MPa。镀层中Zn含量随H₂Asc浓度增加而显著降低，而Ni + Co含量则逐渐上升，这主要归因于镀液中Zn²⁺与HAsc^-络合成了配位化合物[ZnHAsc]⁺并抑制了Zn的择优生长，留给Ni或Co更多的活性位点。合金中存在γ-Ni₅Zn₂₁、CoZn₁₃和Ni₃Zn₂₂等金属间化合物，说明适量H₂Asc的加入有助于实现合金共沉积。添加H₂Asc后试样的自腐蚀电位(E_corr)均大幅正移，降低了腐蚀驱动力；当H₂Asc添加量为5 g/L时，显示出最佳的耐腐蚀性能，其中E_corr正移了约200 mV，自腐蚀电流较未添加时降低了约75%。添加H₂Asc后试样的电化学阻抗谱(EIS)均由大半径的容抗弧和感抗弧组成，这是由于合金镀层中存在γ-Ni₅Zn₂₁相以及浸泡过程中形成的[Zn(OH)₄]^2-胶质微溶腐蚀产物，通过絮凝作用沉淀下来并包覆在活性Zn溶解后的活性表面，减少Cl^-向镀层内部扩散渗透的渠道，提高了其抗腐蚀性能。

腐蚀和空化腐蚀性能是评估流体机械元件性能和可靠性的重要指标，而激光熔化沉积(LMD)作为材料表面改性和复杂构件制造的重要技术手段，是提升材料力学性能的有效途径。本工作利用激光熔化沉积制备了316L不锈钢样件，系统研究了激光功率、扫描策略、重熔及打印方向对成形件电化学腐蚀及空化腐蚀性能的影响，并与锻造316L不锈钢的腐蚀与空化腐蚀特性进行了比较。用开路电位测量法和动电位极化法测试了各沉积态试样在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能，并分析了不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样品的空化腐蚀性能。与锻造316L不锈钢的均匀等轴晶显微结构相比，LMD-316L不锈钢具有与工艺参数相关的非平衡微观结构，即：大/小角度晶界、晶粒、胞/枝晶亚结构、与工艺相关的缺陷等，LMD-316L不锈钢的晶粒尺寸远大于锻造316L不锈钢，提高激光功率、打印方向从水平方向变为垂直打印时，材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距均呈增大趋势，然而，表面重熔和90°旋转扫描策略处理后，材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距变化趋势明显不同，显微硬度测试结果表明，相比晶粒尺寸，枝晶臂间距能够更好地解释显微硬度的变化规律。这种显著的微观结构差异也导致了LMD-316L不锈钢的电化学及空化腐蚀性能明显不同于锻造316L不锈钢。电化学腐蚀测试结果表明LMD-316L不锈钢的耐腐蚀性能远优于锻造316L不锈钢，不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样件的极化电阻(R_p)相比锻造316L不锈钢提高了2~98倍，而腐蚀电流密度(i_corr)降低了1~2个数量级；超声振动空化系统测试结果表明LMD-316L不锈钢的抗空蚀能力优于锻造316L不锈钢，但LMD-316L不锈钢内孔洞、晶界等作为应力集中源会优先发生空化损伤，并在随后的空化腐蚀进程中呈现“突出状”并逐渐消失形成大量韧窝。材料的抗空化腐蚀能力主要取决于其局部力学性能，LMD-316L不锈钢的硬度显著高于锻造316L不锈钢，因此其抗空蚀能力显著提高，然而由于LMD-316L不锈钢内部存在不均匀的微观组织和与工艺相关的孔洞缺陷，导致LMD-316L不锈钢的显微硬度云图呈现空间不均匀分布的特点，因而LMD-316L不锈钢空化后的表面形貌在某些局部区域存在较为严重的空化损伤。

宏观偏析是钛合金真空自耗电弧熔炼铸锭中的一种典型凝固缺陷，且在后续加工过程中难以消除，对铸锭性能具有重要影响。实际钛合金铸锭生产中通常采用三次真空自耗熔炼工艺，以减少夹杂、提高成分均匀性，然而当前对于宏观偏析在多次熔炼中的传递规律仍缺乏清晰理解。本工作通过数值模拟方法对钛合金三次真空自耗熔炼过程中熔池内的液相流动及溶质偏析行为进行分析，发现前次铸锭的径向成分不均匀会在对流作用下消除，对下一次熔炼铸锭的宏观偏析无影响；而前次铸锭沿轴向的成分不均匀会传递给下一次熔炼的铸锭，这一传递效果在熔池深度增大时由于对流作用而被削弱。此外，模拟结果还表明，如果三次熔炼中始终保持铸锭正置作电极，铸锭宏观偏析最重；至少一次将铸锭反置作电极，可显著减轻宏观偏析。对TC4合金采用真实熔炼工艺参数进行模拟，获得的Al元素及V元素偏析规律与实验观测结果基本吻合。

Zn及其合金因其适中的降解速率和潜在的生物功能性在骨植入体领域展现出广泛的应用前景。然而，其降解过程中存在Zn²⁺释放过快导致促骨生成能力不足、不均匀腐蚀造成力学性能失效以及较差的抗菌性能等问题，限制了其应用。本工作采用交替沉积法，利用活性金属离子与单宁酸螯合并负载二甲双胍在Zn表面制备金属-多酚载药功能涂层。结果表明，该涂层结构致密，提高了Zn基底的抗腐蚀能力，改善了腐蚀降解模式，延缓Zn²⁺释放并调控二甲双胍的释放；体外前成骨细胞(MC3T3-E1)培养证实该涂层具有优异的促骨生成能力；抗菌实验结果表明该涂层具有优异的抗菌效果。

利用二次再结晶获得择优织构是巨磁致伸缩Fe-Ga合金薄带研究的核心问题。本工作采用XRD、SEM、EBSD和TEM等分析技术研究了Fe-Ga合金薄带退火过程中织构、析出相和晶界特征演变规律，并探讨了Fe-Ga合金轧制薄带中二次再结晶Goss ({110}<001>)织构的形成机制。结果表明，初次再结晶织构由强γ织构和弱Goss织构组成，基体中弥散分布着高密度且尺寸为20~40 nm的MnS和NbC析出相。退火过程中析出相的粗化及其体积分数和密度的降低导致析出相对晶粒长大抑制力的减弱。初次再结晶到二次再结晶期间，Goss晶粒中析出相的密度始终低于γ晶粒。同时，二次再结晶前，无数量与尺寸优势的Goss晶粒被更多高能晶界所包围。Goss晶粒与基体晶粒间析出相和高能晶界特征的差异为Goss晶粒二次再结晶提供了充足驱动力，在未引入表面能条件下获得完善的二次再结晶组织，Fe-Ga合金薄带饱和磁致伸缩系数可高达250 × 10^-6。

少数相均匀分布的难混溶合金是应用于制造电接触器件材料以及耐磨汽车部件的潜在替代品，理解难混溶合金微观组织的演化及其与磨损行为的相互关系对其工业应用十分重要。由于二元Cu-Co和三元Cu-Co-Fe难混溶合金易于发生液相分离，采用传统的铸造方法难以获得均匀的微观组织。本工作在强磁场下调控难混溶合金的微观组织，进而研究合金组织演化行为对摩擦性能的影响。实验结果表明，无磁场小过冷度下，Cu₅₀Co₅₀和Cu₅₂Co₂₄Fe₂₄难混溶合金的微观组织为枝晶形貌，大过冷度下Cu₅₀Co₅₀合金的微观组织为标准的核-壳结构，Cu₅₂Fe₂₄Co₂₄合金则为偏心的核-壳结构。随着磁场的施加，Cu₅₀Co₅₀和Cu₅₂Co₂₄Fe₂₄合金中的第二相均沿磁场方向被拉长，垂直磁场方向上合金中第二相尺寸均显著减小，但Cu₅₂Co₂₄Fe₂₄合金的微观组织分布更为均匀。无论是否施加强磁场，Cu₅₀Co₅₀和Cu₅₂Co₂₄Fe₂₄合金中具有大过冷度的试样均具有较好的耐磨性能。Cu₅₀Co₅₀和Cu₅₂Co₂₄Fe₂₄难混溶合金在磨损实验中均存在磨粒磨损和粘着磨损机制，其特征是材料脱落产生的粗糙表面以及滑动方向上存在的平行划痕。此外，Cu₅₂Fe₂₄Co₂₄合金较高的硬度以及磁场下微观组织的相对均匀分布，使其具有较好的耐磨性能。

金属增材制造可实现铝合金构件高性能一体化成形，其中熔滴复合电弧增材是一种高效、低成本的增材工艺。为了揭示其沉积过程中微观组织生长演变规律，从而优化工艺提升构件力学性能，本工作研究了2319铝合金沉积过程中的温度场分布、微观组织演化以及外延生长特性。首先，通过有限元结合生死单元法计算沉积过程中温度场并提取熔池不同位置的凝固参数，然后代入相场模型实现跨尺度耦合获得熔池不同位置微观组织生长演变过程，发现在熔池底部和中部区域形成柱状晶结构，在中上部出现从柱状晶向等轴晶转变的现象。同时在相场模型中引入取向偏差角，研究凝固过程外延生长特性，结果表明，取向偏差角越大，对枝晶形貌影响越明显，在竞争生长中越容易淘汰。金相分析显示从沉积层底部到上部，微观组织经历了从柱状晶到等轴晶的转变过程，并且柱状晶存在外延生长现象，与模拟结果吻合较好。