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轻质高强铝合金由于其卓越的综合性能广泛应用于航空航天、汽车等领域。Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Ti和Zn均是铝合金中重要的合金元素或常见的添加元素，这些元素能不同程度地改善铝合金性能。利用CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)技术获得所研究体系的相图拓扑关系并建立热力学数据库不仅是材料动力学、显微组织演变计算模拟的基础，而且是新材料设计与研制的重要参考依据。有序-无序相变的热力学描述是建立多元系热力学数据库的难点之一。
作为“多组元Al合金体系的相图测定、热力学计算及显微组织演变的模拟”研究项目的一部分，本文通过实验和热力学计算对多元Al合金中几个重要体系的有序-无序相变及其相图拓扑关系进行了研究，研究结果简述如下：
(1)在评估文献实验数据的基础上，通过X射线衍射、金相分析、扫描电镜(能谱)和差热分析对Al-Si-Ti体系整个成分范围内的相平衡关系开展了研究。确定了三元化合物τ1和τ2稳定存在的温度和成分范围、晶体结构以及固相平衡。研究表明：τ1(I41/amd，与Zr3Al4Si5同构)在953℃～1000℃温度范围内转化成L+τ2+TiSi2，τ2(Cmcm，与ZrSi2同构)在1338℃转化成L+TiSi+TiSi2。测定了13个零变量反应中的10个零变量反应的温度。综合所有实测数据，构筑了Al-Si-Ti体系的反应图和液相面投影图。Al-Si-Ti体系平衡凝固反应开始于伪二元共晶L=βTi+Ti5Si3(1540±5℃)，穿过一系列包共晶反应，结束于三元共晶L=τ1+(Si)+(Al)(573℃)。
(2)首次实验研究了Al-Fe-Mg三元系400℃等温截面相图，测定了4个三相区，该截面上未发现三元化合物。在严格评估Al-Fe-Mg体系实测相图文献数据基础上，通过热力学优化，获得一套描述该体系的热力学参数。等温截面、液相面投影图的计算值与实验值的综合比较显示：计算能合理地描述可靠的实验数据。利用获得的热力学参数，本工作还预测了Al-Fe-Mg体系富Fe角和富Mg角的相图。
(3)在严格评估现有文献基础上，对Mn-Ni二元系重新进行了热力学优化。使用一个热力学方程描述有序-无序相变。对Fcc结构的有序相与无序相，本工作采用“四亚点阵(4SL)”模型对其进行描述并优化参数，然后转换成用“双亚点阵(2SL)”模型描述的参数。本工作获得的热力学参数可以很好地描述Mn-Ni体系的实验相图数据和热力学数据，尤其是富Mn端的实验数据。在严格评估Al-Mn-Ni体系实验数据基础上，结合量热法和第一性原理计算获得了三元化合物的形成焓及已有的Al-Ni，Al-Mn二元系参数，将本工作获得的Mn-Ni二元系热力学参数外推到Al-Mn-Ni体系，获得了一套自洽的描述Al-Mn-Ni体系的热力学参数。所得热力学参数能成功描述Al-Mn-Ni体系Fcc和Bcc结构的有序-无序相变。
(4)在严格评估现有文献基础上，对Al-Fe-Zn，Al-Ni-Zn，Mn-Ni-Zn体系的相图拓扑关系进行了研究，获得的热力学参数可以很好地描述相关实验数据，并可望为高性能镀锌涂层的设计提供理论参考。实验构筑了Cu-Mn-Si体系700℃在整个成分范围内等温截面，在700℃发现了一个稳定的MgZn2结构的三元化合物，其成分大致为Cu50.8Mn36.3Si12.9(at.％)。观测到5个三相平衡：Mn3Si+T+(Cu)，Mn5Si3+Mn5Si2+T，Mn5Si3+MnSi+γ-Cu56Si11，MnSi+Mn11 Si19+η-Cu19Si6，和Mn11Si19+η-Cu19Si6+(Si)。结合文献数据和本工作获得的实验数据对Cu-Mn-Si体系相图拓扑关系进行了系统研究，获得了一套描述该体系的可靠的热力学参数，并给出了Cu-Mn-Si体系的液相面投影图和反应图。
(5)在已有文献工作的基础上，对Al-Fe-Mg-Si和Al-Fe-Mn-Si两个四元系进行了热力学优化评估，并对这两个四元系富Al角的零变量反应温度和液相成分进行了计算，计算结果与实测数据符合较好。在此基础上，结合已有的边界二元、三元及四元系热力学参数，建立了Al-Fe-Mg-Mn-Si五元系热力学数据库。利用该数据库计算的相图数据、平衡凝固和Gulliver-Scheil非平衡凝固行为能很好地描述实验数据。基于显微模型计算了商用合金Al356.1(91.95Al-0.46Fe-0.3Mg-0.32Mn-6.97Si，wt.％)和Al356.2(92.77Al-0.08Fe-0.35Mg-6.8Si，wt.％)的凝固显微组织和显微偏析。模型计算的凝固通道结果能很好地预测实测数据。