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Al-Si系列合金具有比强度高、铸造性能和耐蚀性能好以及优良的回收性能等优点,广泛应用于汽车、通讯、电子电器等领域。为了应对全球性的资源和环境问题,越来越多的国家和地区采用回收铝替代电解铝。但回收铝在循环利用过程中不可避免地引入Fe等杂质元素,影响合金的性能和使用。本文针对再生铝保级回收再利用过程中的关键问题之一:高含量杂质Fe严重危害合金的性能。基于此开展高Fe含量Al-Si合金的除铁及富铁相调控相关基础问题研究。本文以高Fe含量的A356合金为研究对象,通过添加Mn、B等合金元素和熔体保温处理的方法,调控合金中的Fe含量及其富铁相的形貌。采用同步辐射成像技术、热力学计算、第一性原理计算、透射电子显微分析等方法,研究了重力铸造下高Fe含量A356合金的微观组织和力学性能,重点分析了富铁相在自然沉降和变质过程中的形貌演变,揭示了富铁相的自然沉降机制和形貌调控机制。获得以下结论:（1）研究了熔体保温温度对A356-1.0Fe-1.2Mn合金组织和力学性能的影响。随着保温温度从680°C降至615°C,基体中富铁相的面积分数及Fe含量逐渐降低。初生富铁相的形成与沉降是Fe含量降低的主要原因。随着保温温度的降低,影响除铁率的主要因素依次为初生富铁相的形貌、尺寸和密度。（2）研究了Mn/Fe质量比对A356-1.2Fe合金组织和力学性能的影响。随着Mn/Fe比增加至1.6,合金的除铁效率逐渐提高,最高达64.5%。通过同步辐射原位凝固发现,初生富铁相的生长过程约为36分钟。基体中富铁相的三维形貌由网络互联的β-Al5Fe Si转变成多形态且独立分布的α-Al15（Fe Mn）3Si2,相应的体积分数、等效直径和相互连通性显著降低,球形度大幅改善。通过同步辐射断层扫描发现,α-Al15（Fe Mn）3Si2的三维形貌分为实心规则多面体、镂空规则多面体、多分支镂空多面体,相应形貌富铁相的数量和尺寸与Mn/Fe比密切有关。但高Mn/Fe比增加了低球形度、大尺寸富铁相的数量和体积分数,降低了合金的塑性。（3）研究了Mn/Fe质量比对A356-2.4Fe合金组织及力学性能的影响。随Mn/Fe比从0增加至0.7,合金的除铁效率逐渐提高。当Mn/Fe比超过0.7时,除铁效率保持在70%。此外,炉渣中发现了一种形状不规则、双层包晶结构的富铁相,其数量随Mn/Fe比的增大而增多,尺寸增大。包晶结构中内层相的Mn/Fe比较外层及其它富铁相高5.4倍以上,消耗了大量的Mn,导致高Mn/Fe比合金的除铁效率无法进一步提高。Mn/Fe比的提高显著降低了富铁相的体积分数及改善了其形态,合金伸长率提高6倍以上。（4）研究了Mn对A356-1.2Fe合金微观组织和力学性能的影响。Mn的加入促进了富铁相的二维形貌由针状逐渐向汉字状、星状转变,但无法获得单一的汉字状富铁相。通过同步辐射三维断层扫描发现,0.73%Mn合金中出现了一种由薄片状β-Al5Fe Si与镂空多面体α-Al15（Fe Mn）3Si2在空间连通的复合结构,而1.09%Mn合金中则出现了一种粗大的长杆状镂空多面体α-Al15（Fe Mn）3Si2。热力学计算结果发现,Mn含量为1.06%时可完全消除β-Al5Fe Si的形成,但富铁相的初始形成温度远高于α-Al的初始形成温度,引起了大尺寸初生富铁相的形成,导致了合金塑性下降。（5）研究了B对A356-xFe合金组织的影响。B的加入显著细化了A356-1.2Fe合金的α-Al晶粒,但对富铁相的形貌无明显影响。Al-Al B2共晶反应为α-Al提供了大量的晶核,显著提高了α-Al的形核温度,促进α-Al枝晶向菊花状等轴晶转变。加B后,高Fe（2.4～3.0%）A356合金中初生富铁相的长度降低40%以上,但无法彻底消除初生富铁相。第一性原理和同步辐射原位凝固试验发现,B在α-Al2O3（0001）表面主要位点的吸附能显著高于Fe,B的加入降低了高Fe合金中初生富铁相的初始形成温度。此外,Al-Al B2共晶反应中形成的α-Al和Al B2阻碍了初生富铁相的长大。（6）研究了Mn/B复合变质对A356-xFe合金组织和力学性能的影响。Mn/B复合变质时,随着Mn/Fe比从0提高至1.0,A356-1.2Fe合金中富铁相形貌由单一的针状逐渐向汉字状和星状转变。当Mn/Fe比达到0.8-1.0时,获得了尺寸和分布均匀的汉字状富铁相。Mn/B复合变质后合金的伸长率显著改善,但高Mn/Fe比导致了富铁相体积分数增大,促进缩松缺陷的形成,降低合金力学性能。随着Fe含量的提高,获得均匀汉字状富铁相所需的Mn/Fe比逐渐降低,由0.4%Fe合金的1.4降低至2.4%Fe合金的0.4。（7）研究了富铁相的Mn/B复合变质机制。采用扫描电镜和透射电镜分析发现B主要以细小的雪花状Al B2相存在,与α-Al15（Mn Fe）3Si2无明显的位向关系,无法作为其有效形核质点。第一性原理计算结果发现:B原子在α-Al2O3（0001）晶面上的吸附能显著高于Mn、Fe原子,能优先吸附在氧化膜表面,抑制富铁相在高温下形核。同步辐射原位凝固发现,B的加入显著增大了富铁相的成分过冷度,提高了富铁相的形核率。此外,富铁相与Al-Al B2共晶反应形成的Al B2、α-Al产生了竞争生长,促进了富铁相形貌向多分支镂空多面体转变。