高硅含量(20%～26%Si)的过共晶Al-Si合金具有耐热耐磨性好,热膨胀系数低,比强度高等优点,是交通运输及航空领域用耐热耐磨零件的理想材料。但是传统工艺制备的高硅铝合金组织中初晶Si较为粗大,合金性能较差且加工困难。为了制备满足使用性能要求的高硅铝合金材料,近年来的研究主要集中在合金元素的加入,新型变质剂及成形工艺的运用方面。本文主要针对如何进一步提高铝合金的高温力学性能及降低热膨胀性能的问题展开研究,开发新型的铝合金材料及其成形加工技术,以满足当前对耐热低膨胀材料的迫切需求。研究开发出一种新型高硅多元铝合金材料(简称SPR铝合金)。研究并优化了熔炼、变质等制备工艺,系统研究了合金元素Mg、RE及其相互作用对高硅多元铝合金组织和性能的影响。结果表明,Mg含量的增加在显著提高T6热处理SPR铝合金性能的同时,也会促进更多针状RE化合物的生成。RE对共晶Si有较好的变质效果,但过量RE导致针状A12Si2RE化合物的生成,显著降低合金强度。通过性能比较分析,得到优化的SPR铝合金成分为：A1-20Si-2Cu-(0.4-0.6)Mg-1Ni-0.5Mn-(0.3-0.6)RE。采用优化的P+RE复合变质工艺制备的SPR铝合金,室温抗拉强度为295MPa,300℃时的抗拉强度可达154MPa,在25-300℃区间的热膨胀系数(CTE)值为17.4157×10-6(1/℃),布氏硬度为128,各项性能均优于A390铝合金。开发出SPR铝合金半固态浆料的高能超声振动制备技术,能够将高硅铝合金中初晶Si进一步细化至201μm以下,有利于提高材料性能。重点研究了超声振动温度范围对浆料质量的影响,分析比较了不同工艺条件下,初晶Si的晶粒尺寸和圆整度。得到最佳的超声制浆工艺参数为：振动温度范围710～690℃,振动功率1200w,振动时间120s,样杯保温温度620℃左右。所制得的浆料中,初晶Si的平均晶粒直径为17μm左右,平均形状系数为0.58左右。此外,超声振动处理对SPR铝合金半固态浆料凝固组织中的初晶Si和RE化合物也有较为明显的细化作用。系统研究了压铸工艺参数对SPR铝合金半固态浆料的充型能力及其直接流变压铸成形试样组织和性能的影响,获得了优化的半固态压铸成形工艺。结果表明,超声振动制备的SPR铝合金半固态浆料具有好的充型能力,充型蛇形试样的最大长度可达2118mm。SPR铝合金半固态浆料直接流变压铸的试样组织致密,可通过热处理提高合金性能,而传统液态压铸试样存在很多气孔,不能进行热处理。流变压铸SPR铝合金的室温和300℃高温抗拉强度分别为320MPa和167MPa,25-300℃区间的CTE值为17.3706×10-6(1/℃),布氏硬度高达140,较A390铝合金和液态压铸及传统工艺成形得到的SPR铝合金性能更好。为探索提高铝合金的高温耐热、耐磨性能的新途径,开展了含Fe高硅铝合金的研究。将超声处理引入富Fe相的细化中,首次系统研究了超声振动工艺参数对含Fe高硅铝合金中富Fe相的影响,阐述了超声作用条件下Fe相形貌改变的机理。试验结果表明,超声振动和少量Mn的复合作用即可有效消除含2%Fe的SPR铝合金中的长针状P-Al5FeSi相,使富Fe相转为以细小块状δ-Al4FeSi2相析出。超声振动产生的声空化和声流效应降低p相的析出温度,促进δ相的析出并使之细化。Mn元素则主要通过参与富Fe相的形成来发挥其中和作用。处理后的含Fe合金比SPR铝合金具有更好的热膨胀性和耐磨性。将超声振动制备SPR铝合金半固态浆料和挤压铸造工艺相结合,制备了致密性好的典型耐热耐磨零件——轿车空调压缩机斜盘。分别探讨和比较了传统液态挤压和超声半固态流变挤压成形的斜盘组织中,非平衡a-A1相和初晶Si的差异及形成机理。通过设计铜模快冷试验,揭示了挤压成形过程产生的快冷是传统液态挤压成形SPR铝合金中非平衡a-A1枝晶析出的主要原因。而半固态挤压件中近球状a-A1颗粒的析出是超声作用条件下产生的局部高压和半固态制浆过程所致。超声半固态挤压可得到较传统工艺致密度更高,组织更细小的SPR铝合金零件。