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凝固是现代金属材料最重要的制备路径之一,各种各样的微观结构和相应的材料性质可以通过改变材料成分和工艺条件来获得。近几十年来,人们对凝固过程的认识取得了重要的进展,然而,凝固过程非常复杂,目前还没有完全理解的几个相互作用的物理现象仍然决定着合金的凝固行为。本文从熔体结构、分凝行为和微观偏析三个方面研究了多元Al基合金的凝固特性。 在铝合金的熔体结构研究方面,本论文分别使用Lennard-Jones模型、Meadima模型、缔合溶液模型和Vogel-Fuicher-Tammann模型研究了Al及Al-Cu合金的熔体结构,描述了金属熔体中的动力学形核特点。 首先,采用分子动力学方法结合Lennard-Jones模型研究了纯Al熔体在加热和冷却过程中的比温度、比内能等热力学性质,计算了模型体系的形态和对分函数。研究结果表明,冷却过程中,体系形态从无序逐渐转变为有序,对分函数第一峰峰值从5增大到22,体系发生相变的比温度为0.51。加热过程中,模型体系形态一直是无序的,对分函数第一峰峰值在4至5之间变化。 第二,通过分析Mediema模型和亚规则溶液模型在描述Al-Cu合金过剩自由能上的差异,提出了一个新的模型。该模型考虑了液态结构因素对二元合金热力学描述的影响,经过与实验测定的溶液过剩自由能比较,证明本文提出的热力学模型具有非常好的实用性,使用此模型可以计算熔体中存在各种不同成分的有序原子团时对Al-Cu二元合金热力学性质的影响。 第三,将Al-Cu熔体中的缔合物AlCu3以短程序的形式引入置换溶液模型中,基于Redlich-Kister多项式,提出了一个直接用于Thermo Calc相图计算软件的缔合溶液模型,并用这个模型改进了Al-Cu合金体系中液相的热力学描述,计算了Al-Cu熔体混合焓,固相线和平衡分凝因数,研究发现本模型比目前广泛应用的Saunder模型能给出更好的结果,而且适用于Mg-Sn和In-Sb等其他二元合金体系液相的热力学描述。 最后,使用Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）模型描述了金属熔体中晶坯的动力学形成过程和均匀形核特点。实验测量的粘度和物质传输性质用于确定α-β分