难混溶合金是一类具有优异性能的材料,在航空、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。常规的铸造条件下,由于两液相间较大的比重差,极易发生液相分离,形成宏观偏析乃至分层的凝固组织,限制了该类合金的应用。难混溶合金的液相分离行为包括形核、扩散长大、Ostwald粗化、Stokes运动、Marangoni迁移和碰撞凝并等一系列过程。近年来,多元难混溶合金的凝固行为成为了科研人员研究的热点,通过添加组元生成新的固相,来抑制难混溶合金的液相分离。开展生成固相下的难混溶合金凝固机理的研究,对制备均质难混溶合金材料具有十分重要的意义。本文添加不同组元（Ti、B、RE、Cu）到Al-Bi难混溶合金中,研究原位生成相抑制Al-Bi难混溶合金液相分离的作用机理及其对性能的影响。在凝固过程中原位反应生成新的固相来抑制富Bi相液滴的沉降,进而细化Al-Bi难混溶合金的凝固组织,提高合金的力学性能。分析了原位生成相的种类、形态及其与富Bi相液滴的相互作用,研究了原位生成相对富Bi相液滴的形核、长大、运动和凝固组织的影响规律及作用机理,考察了不同添加量、冷却速度等工艺参数对合金凝固组织的影响,同时研究了不同Al-Bi-X难混溶合金体系的力学性能。本文研究选择Ti、B、RE（Ce、Nd）以及Cu元素添加到Al-Bi难混溶合金中,研究了不同合金成分的原位生成相分别对Al-Bi-Ti、Al-Bi-B、Al-Bi-RE、Al-Bi-RE-Cu四个难混溶合金体系液相分离的抑制机制及对其性能的影响,研究结果表明:（1）添加第三组元（Ti、B和RE）到Al-Bi难混溶合金中,原位生成了 Al3Ti、AlB2、Bi2RE（Ce、Nd）三种不同合金成分的原位生成相,不同程度地抑制了富Bi相液滴的沉降,减小了富Bi相液滴的尺寸,增大了富Bi相液滴的分布密度,进而促进不同尺寸的富Bi相液滴的均匀分布。根据原位生成相与富Bi相液滴之间的不同的相互作用机理,制备了具有不同尺寸的富Bi相液滴均匀分布的Al-Bi难混溶合金。（2）在Al-Bi-X系难混溶合金中,建立了原位生成相与富Bi相液滴的相互作用模型。原位生成的Al3Ti相与富Bi相液滴呈完全不润湿状态,密集的分布阻碍了 Al基体的流动,同时Al3Ti相穿插在富Bi相液滴的空隙间,在熔体中形成了物理阻碍,抑制了富Bi相液滴的沉降和凝并;原位生成的AlB2相与富Bi相液滴呈部分润湿状态,富Bi相液滴依附在AlB2相上形核长大,作为异质形核质点促进其形核;原位生成的Bi2Ce相和Bi2Nd相与富Bi相液滴呈完全润湿状态,作为异质形核质点促进其形核,提高了其形核率,最终Bi2RE相被包裹在富Bi相液滴中。根据原位生成相与富Bi相液滴之间的润湿状态,对富Bi相液滴细化程度排序为Bi2RE相、AlB2相、Al3Ti相,其中Bi2RE相对富Bi相液滴的细化程度最显著。同时建立了 Al-Bi-RE难混溶合金凝固过程的数值模拟模型,与实验结果共同揭示了不同时间点富Bi相液滴的形核及空间分布规律。（3）通过添加第三组元（Ti、B和RE）到Al-Bi难混溶合金中,原位生成相促进了软质Bi相的均匀分布,从而降低了合金的摩擦系数;同时原位生成相作为摩擦磨损过程中的主要承载体,降低了合金的磨损量,提高了 Al-Bi-X难混溶合金的耐磨性能。进一步添加Cu元素到Al-Bi-RE难混溶合金中,原位生成的Al2Cu硬质相与Bi2RE相共同作用,使合金硬度和耐磨性能大幅度提高。