铝合金由于其低密度、良好的塑性、较高的比强度、良好的耐腐蚀性等特点，成为应用最广泛的有色金属。大量的研究表明微合金化，特别是可与Al形成热力学稳定L12结构的Al3M的Sc元素，可有效提高铝合金的综合性能。近年来的研究发现Er不仅能够部分替代Sc，并且微量Er的添加可与其他微合金化元素起到协同强化的独特作用，这为高性能铝合金的开发提供了新的研究思路。为了研究Er在复合微合金化中的作用机理，本论文首先从实验上研究了Al-Er、Al-Sc、Al-Zr二元合金及Al-Er-Zr、Al-Sc-Zr三元合金的时效强化行为，基于这些特性应用经典形核理论对其进行了深入分析。利用本论文中测量获得的Er在铝中的固溶度曲线计算了析出相的形核驱动力。应用LSW理论研究了Al3Er在多个温度下的粗化规律并获得Er在铝中的扩散速率。结合获得的形核驱动力及扩散速率对第二相的临界形核半径及形核率进行了估算。最后，研究了不同含量的Si对Al-Er-Zr合金时效强化的影响。同时，对与Er性质类似的Yb元素的部分性质也进行了研究。获得的主要研究结果如下所示：1.通过测量合金的显微硬度研究了Al-Er、Al-Sc、Al-Zr二元合金及Al-Er-Zr、Al-Sc-Zr三元合金的时效强化行为，结果显示，Al-0.04Er合金在300-350℃等温时效时的峰值硬度不随温度的升高而降低。而成分为0.065-0.151at.%的Al-Sc合金在350℃的峰值硬度仅为其在300℃时的一半左右。但是Al-Er合金达到峰值硬度后硬度逐渐下降，耐热性不好，而Al-Sc合金具有良好耐热性。在Al-Zr合金中，Zr含量低于0.08at.%时，合金的驱动力不足以促使Al3Zr析出而没有时效强化现象，当成分高于此值时，合金具有明显的时效强化，并且具有良好的耐热性。但是随着成分的增加Al3Zr逐渐以不连续的方式析出。Al-0.04Er-0.08Zr合金在300-350℃的温度区间内进行等温时效时的峰值硬度不随温度降低而下降，具有良好的耐热性。而Al-0.04Sc-0.08Zr合金虽然也具有良好的耐热性，但其在350℃的峰值硬度仅为300℃时的60%，并且在相同温度时效时，其强度低于Al-Er-Zr合金。2.通过对测量电阻率获得的Er、Yb在高温下的固溶度进行热力学分析，推得Al-Er及Al-Yb合金中ΔS和ΔH分别为3.0±0.1k、3.7±1.0k和-0.86±0.01eV/atom、-0.93±0.07eV/atom。据此可获得Er、Yb在铝中完整的固溶度曲线。3.利用TEM研究了Al-0.045Er合金中的Al3Er相在325-400℃的粗化过程。在这个过程中Al3Er从共格到半共格的转变半径为8.0-9.0nm。应用LSW理论估算出Er在铝中的扩散激活能Q为77.2±5.3kJ/mol，扩散常数D0为(4.3±2.2)×10-12m2s-1。此外，还应用第二相强化模型估算了粗化过程中Al3Er对屈服强度的贡献，结果显示当Al3Er的半径为1.4-2.4nm时对强度的贡献最大，此时强化机制为有序强化；当尺寸大于2.4nm时强化机制转为Orowan机制。根据有序强化计算公式估算了Al3Er的的反相畴界能为0.61J/m2。4.根据获得的固溶度曲线及扩散速率，考虑Gibbs-Thomoson效应对形核驱动力的影响，估算了Al3Yb、Al3Er、Al3Sc的临界形核半径及静态形核率。计算显示，在二元合金中当三种元素的成分相同，并且在相同温度时效时，比与Al3Sc相比，Al3Yb、Al3Er具有较小的临界形核半径和大的静态形核率。随着成分的降低，Al3Yb、Al3Er的临界形核半径增大较慢，静态形核率降低的幅度较小。这些导致了成分相同的Al-Yb、Al-Er合金在相同温度时效时的峰值硬度高于Al-Sc合金。通过不同成分二元合金在不同温度时效时的临界形核半径及静态形核率的计算发现，和Al3Sc相比，Al3Er、Al3Yb在更宽的温区保持较小的临界形核半径和较大的静态形核率，从而解释了二者的峰值硬度随温度的升高而基本不变的现象。5. Al-Er-Zr和Al-Yb-Zr合金在640℃下各溶质的固溶度测量显示，每增加0.01at.%的Zr，Er的固溶度下降0.0038at.%，Yb的固溶度下降0.0021at.%。在相应的三元合金中，固溶度的降低会提高析出相的形核驱动力，使其以更小的临界形核半径及更大的静态形核率析出。6.通过合金的显微硬度测量及典型组织内第二相的特征的TEM观察显示，Si加入到Al-0.01Er-0.07Zr合金中提高了合金在400℃以下的时效硬度，但是降低了合金在450℃以上的时效硬度。TEM观察显示Al-0.01Er-0.07Zr合金在400℃等温时效到126小时时，Si的加入使第二相的半径由5.8nm变为4.1nm，而在450℃时效到126小时时，添加Si却使第二相由6.8nm增加到9.8nm。这是因为Si会提高Er、Zr的扩散速率，这提高了第二相的静态形核率，降低时效初期基体中的第二相的尺寸。但是当温度高于450℃时，Si会加速第二相的粗化速率。工业合金一般需要在450℃以上进行均匀化处理，Si会加速第二相的粗化，降低第二相的对强度的贡献，因此在工业铝合金体系中应该控制Si的含量。