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用于铝合金的集成计算材料工程是将微观（10-10~10-8 m）、细观（10-8~10-4 m）、介观（10-4~10-2 m）和宏观（10-2~10 m）等多尺度计算模拟和关键实验集成到铝合金设计开发的全过程中，通过成分-工艺-结构-性能的集成化，把铝合金的研发由传统经验式提升到以组织演化及其与性能相关性为基础的科学设计上，从而大大加快其研发速度，降低研发成本。本文详细阐述了原子尺度模拟、相图计算、相场、元胞自动机和有限元等计算模拟方法及微结构表征和性能测定的实验方法，论述了其在铝合金研发中所发挥的具体作用。基于集成计算材料工程，提出了从用户需要、设计制备和工业生产3个层面研发铝合金的具体框架。通过2个应用实例，展示了集成计算材料工程在铝合金研发中的强大功能，这也为新型铝合金及其它新材料的设计和开发提供了新模式。
镁合金作为最轻质的结构材料，在电子产品及汽车工业领域具有广泛的应用前景。相比于非稀土镁合金，稀土镁合金具有强度高且高温性能好的优点，而成为研究热点之一。本文重点介绍了高稀土含量镁合金和低稀土含量镁合金的强韧化方法。高稀土含量的镁合金可以调控三角分布的棱柱面片状析出相β'，阻碍位错滑移，提高合金强度。低稀土含量的镁合金可以采用表面机械研磨处理方法得到表面含有纳米晶中心含有孪晶的梯度组织，利用细晶强化和孪晶强化提高合金强度。
寻找新一代镍基单晶高温合金中Re的替代元素以实现少Re甚至无Re化是当前高温合金领域的研究热点。从扩散系数角度出发寻找具有与Re相当或者更低扩散系数的元素是有效的研究策略之一。在多元合金中，互扩散系数矩阵可全面表征任一合金元素的扩散能力。因此，精确测定不同合金元素在镍基高温合金γ和γ'相中随成分和温度变化的互扩散系数矩阵是当务之急。首先，概述当前镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的现状，以及用于多元合金互扩散系数测定的传统Matano-Kirkaldy方法和新型数值回归方法。由于传统Matano-Kirkaldy方法效率低，文献中鲜有镍基高温合金三元及更高组元体系互扩散系数矩阵的报道。本研究小组最近基于Fick第二定律和原子移动性概念发展起来的新型数值回归方法，可用于任意组元合金精准互扩散系数矩阵的高通量测定。随后以Ni-Al-Ta三元合金γ相为例详细阐述新型数值回归法用于合金互扩散系数矩阵高通量测定以及测定结果的可靠性验证过程。之后，简述本研究小组关于镍基高温合金γ和γ'相互扩散系数矩阵测定的最新进展。目前已经完成了核心三元合金体系Ni-Al-X（X=Rh，Ta，W，Re，Os和Ir）γ及γ'相互扩散系数矩阵的高通量测定，并对结果可靠性进行了细致的验证。通过对比不同元素在镍基高温合金中的互扩散系数，初步提出新一代镍基高温合金中Re的可能替代元素及合金成分设计的关键。最后，指出镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的下一步工作和互扩散系数矩阵高通量测定的发展方向。
为了使铝合金更好的服役于航空领域，就有必要对其微观结构进行实验表征，从而可以在铝合金微观结构和宏观性能之间搭建桥梁，最终优化铝合金的综合性能。本文介绍了航空用2xxx，6xxx和7xxx系铝合金发展历程以及时效析出过程中的微观结构演变，如Al-Cu合金GP区、Al-Cu-Mg合金GPB区等重要物相的结构特征，以及Al-Cu-Mg合金S相析出行为等都已得到了透彻的研究；阐述了透射电镜、扫描透射电镜、三维原子探针等技术的结合在Al-Cu-Mg-Ag合金Ω相、Al-Mg-Si-Cu合金β"相的晶体结构及界面结构以及铝合金晶间腐蚀机理等研究上的应用；本小组实现了复杂选区电子衍射谱的快速模拟及标定，并基于会聚束电子衍射实现了对析出相体积分数的精确测量；最后指出，高分辨透射电镜原位加热研究及透射电镜原位力学测试等新技术手段的应用，对深层次研究铝合金相变规律、变形行为具有跨时代意义。
对铸态ZK60镁合金进行搅拌摩擦加工，在转速为800r/min，前进速率为50~200mm/min的条件下，获得表面平整、无宏观缺陷的材料，并对其组织和力学性能进行研究。研究结果表明：剧烈的塑性变形使搅拌区的晶粒相对于铸态母材得到了明显细化，随着前进速率的增加，搅拌区平均晶粒尺寸先减小后增大。搅拌区细晶组织的显微硬度及抗拉强度相比于铸态母材有所提高，而伸长率显著提高。在转速为800r/min，前进速率为100mm/min的加工条件下，搅拌区的晶粒最为细小均匀，其平均晶粒尺寸为6.9 μm，材料的硬度、抗拉强度和伸长率分别为70.1HV，276 MPa和31.6%。
海洋大气环境下铝合金的腐蚀本质上是薄液膜下的电化学腐蚀，与本体溶液中的腐蚀有很大不同，腐蚀速率与薄液膜的厚度及成分有关。建立并实验验证了薄液膜厚度、大气相对湿度和铝合金表面盐沉积量3者之间的关系，研究7B04铝合金在不同厚度和不同NaCl浓度薄液膜下的电化学性能。结果表明，薄液膜下7B04铝合金的自然腐蚀电位较本体溶液中更容易达到稳定，且电位更正，自然腐蚀速率更大；液膜厚度减小，7B04铝合金阴极极化电流密度增加，阳极反应受到抑制；薄液膜中NaCl浓度升高，7B04铝合金的自然腐蚀电位降低，腐蚀速率上升，而阴阳极极化过程受NaCl浓度变化影响不大，当NaCl质量分数达到5%后，自然腐蚀电位基本不再变化。
典型腐蚀环境下的疲劳性能是航空金属结构疲劳寿命设计的前提，为此，实验测定航空铝合金2E12-T3和7050-T7451光滑试样和缺口试样在干燥大气环境和油箱积水环境下的疲劳性能S-N曲线，观测实验现象，根据实验数据结果进行疲劳性能对比，并对试样断口进行扫描电镜（SEM）分析，研究油箱积水腐蚀环境和载荷联合作用对疲劳性能的影响机理，结果表明：油箱积水环境对材料的疲劳性能产生不利影响，疲劳载荷的降低和试样的缺口均加剧腐蚀环境对材料疲劳性能的不利影响；腐蚀引起的试样表面粗糙状况更容易萌生疲劳裂纹，裂纹尖端发生的电化学反应和氢脆效应加快裂纹扩展，使得疲劳性能降低和疲劳寿命缩短。
采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明：纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大，呈现反常的Hall-Petch关系；单晶铁中出现变形孪晶，此时其塑性变形以变形孪晶为主；弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大；拉伸载荷与孪晶界不垂直时，屈服应力降低，变形方式则以去孪晶为主。
采用“化学气相渗透+先驱体浸渍裂解”（CVI+PIP）混合工艺制备固体冲压发动机用C/C-SiC复合材料喷管内层，综合考查复合材料的微观结构、弯曲性能和抗烧蚀性能以及固冲发动机C/C-SiC喷管内层水压和点火实验。结果表明：复合材料的弯曲强度达到197 MPa，且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式；复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能，氧化烧蚀200 s后线烧蚀率仅为0.0063 mm·s-1；研制的C/C-SiC复合材料构件的水压爆破压强为6.5 MPa，表明构件具有良好的整体承载能力；C/C-SiC复合材料喷管内层高温综合性能通过了固体冲压发动机点火实验考核。
为了探索Glare层板的成形性能特点，采用单向拉伸实验和三点弯曲实验，分析研究了Glare 2A，Glare 2B和Glare 3层板的基本成形性能，并借助扫描电子显微镜分析了Glare层板的失效特征。结果表明：纤维铺层方向对材料的成形性能存在显著影响，Glare 2A层板抵抗塑性变形的能力强，且难以发生厚向变形：采用σ=σy+Kεn硬化模型拟合真实应力-应变曲线，其相关系数最大，拟合结果最好：Glare 2A的弯曲回弹量最大，其弯曲破坏时，内表层受压应力，以皱缩和压缩断裂为主，外表层受拉应力，以纤维拉伸断裂和分层为主；对于Glare 2B层板，其弯曲回弹量最小，主要以基体破坏为主：通过滚弯成形验证了实验所得结果的准确性。
针对高端夹层玻璃的老化问题，选用荧光紫外灯，对其主要粘结材料--透明聚氨酯胶片分别进行0/200/300/500 h的照射，借助紫外/可见光分光光度计、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等设备，研究照射过程中材料颜色、结构、微观形貌的变化。扫描电镜显示照射时间延长到500 h，材料表面出现龟裂。实验发现胶片的老化起始于硬段及软段部位与N，O相连的α位置的碳原子，在紫外光及氧气的联合作用下产生氢过氧化物；该过氧化合物一部分继续氧化成CO，一部分通过β分裂，使C-N，C-O键断裂，致使材料龟裂。
针对一种碳纤维单向预浸料ZT7G/LT-03A及碳纤维平纹织物预浸料ZT7G3198P/LT-03A，采用热压罐成型工艺和真空成型工艺各制备了3批次复合材料，测试预浸料的物理性能以及复合材料层合板的力学性能，通过对两种制备工艺得到的复合材料力学性能、纤维体积含量及孔隙率的对比分析发现，该体系真空成型复合材料性能的保持率均在75%以上，有的甚至超过100%。对于碳纤维单向预浸料来说，层间剪切的保持率最低，0°拉伸强度的保持率最高；对于织物复合材料来说，0°压缩强度的保持率最低，0°拉伸的保持率最高。同时真空成型复合材料纤维体积含量较低，孔隙率较高，是影响其性能的主要原因。
