滑移和形变孪生是金属材料的两种基本塑性变形机制。实验研究表明层错能是调控面心立方金属及合金两种变形机制之间竞争的主要因素，所以，本文以面心立方金属及合金的层错能为主线，从密度泛函理论为基础的第一性原理从发，采用广义梯度近似的交换相关泛函，运用全势能线性缀加平面波方法，系统地探讨和研究了十种典型面心立方金属（Al、Ni、Cu、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au和Pb）两种基本变形机制之间的竞争关系，并且以铝为例，探讨和分析了形变孪晶稳定性的问题，依据铝的电子结构，给出一点理解和认识。基于十种面心立方金属形变孪生能力的理解和认识，进而系统全面地探讨和研究了十六种合金元素(Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Ga、Ge、Zr、Ag、Cd、Sn、Au和Pb)对铜合金层错能的影响，并且以铜铝合金为例，探讨和研究了铝对铜铝合金形变孪生能力的影响。通过对模型材料的研究和理解，本文最后系统计算和探讨了十一种合金元素(Li、Si、Cr、Fe、Ga、Zn、Cu、Ge、Mg、Ti和Mn)对铝合金层错能的影响。　　从原子尺度来说，面心立方金属滑移和形变孪生相互竞争的核心是稳定的层错结构和形变孪晶形核。通过引入晶体取向因素，建立一个滑移和形变孪生之间竞争的模型，结合三个关键的层错能:内禀层错能、不稳定层错能和不稳定孪生能，推导出面心立方金属滑移和形变孪生的临界条件，进而给出易于形变孪生区和不易于形变孪生区。依据面心立方金属与临界线之间的夹角大小来定量描述形变孪生形成能力的强弱，最后给出十种面心立方金属形变孪生能力的理论预测顺序为:Ag＞Cu＞Rh＞Au＞Ir＞Ni＞Pd＞Al＞Pb＞Pt。　　基于广义层错能曲线和三个关键的层错能，提出一个量化面心立方金属本征形变孪生能力的参数η。通过分析晶体取向、晶界和裂纹对本征形变孪生能力的影响程度，可以得出晶体取向对形变孪生能力的影响程度度最大，晶界次之，裂纹最弱。　　铝孪晶结合能和铝单晶结合能之差随着孪晶片层厚度增加的变化趋势表明铝孪晶相对于铝单晶是亚稳态结构，但是随着铝单晶晶粒尺寸的减小，亚稳态的铝孪晶结构有可能变成稳态，这种变化体现出局部和全局之间的相互竞争。孪晶铝结合能比较小的主要原因是铝特有的电子结构，铝四面体间隙聚集了成键电荷，在形成孪晶的过程中，孪晶界面两侧的四面体间隙之间的距离变小，直接导致成键电荷之间的库仑排斥力增加，从而使铝孪晶的结合能比较小。　　通过计算比较系统能量随合金原子之间距离的变化趋势，发现Mn和Fe原子在铜合金中易于聚集在一起，而Mg、Al、Zn、Ga、Ge、Sn、Au、Pb、Ag、Zr、Ni、Si、Ti和Cd原子易于分散在铜合金中。合金原子与孪晶界面之间的相互作用表明Al、Zn、Ga和Cd易于聚集在孪晶界和孪晶界两侧，Mg、Si、Ge、Sn和Pb易于局域在孪晶界面上，Ti、Mn、Fe、Ni、Zr、Ag和Au易于远离孪晶界面。　　计算结果和分析表明合金原子和铜原子最外层电子组态的异同是导致铜合金层错能变化的根本原因，这种异同类似于相似相溶原理。“异”使层错能值减小，“同”使层错能值增加。从合金元素在元素周期表中的位置可以概括为:周期表两侧的合金元素能够减小铜合金的层错能，而中间的合金元素则增加铜合金的层错能。　　通过计算比较铝合金系统能量随合金原子之间距离的变化趋势，发现Zn和Ga原子易于聚集在一起，而Mn、Ti、Cu、Ge、Mg、Fe、Li、Si和Cr原子在铝合金中易于分散。合金原子与层错结构之间的相互作用表明Ti原子改变铝合金层错能的程度最强，Ge次之，其后是Si、Li和Ga，Cr原子最弱。