本文采用强流脉冲电子束（HCPEB）设备对铝基部分二元互不相溶体系材料进行表面合金化研究,基于第一性原理对纯Al表面合金化不相溶元素的可行性进行理论计算分析,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段表征了HCPEB合金化前后样品表层的微观结构,尤其是采用透射电镜中的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）模式系统研究了晶界区域的成分分布。此外,本文还利用维氏硬度计对合金化前后样品进行硬度测量,结合理论计算与实验,建立微观结构和表面性能之间的内在联系,分析和总结HCPEB作用下Al基互不相溶体系的合金化机理和改性机制。利用第一性原理模拟合金化元素Pb、Sn、W、Cr和Mo在Al基体中的固溶强化,计算结果表明,合金化元素的加入可与Al形成热力学稳定的固溶体,导致Al晶格发生明显畸变,从而对Al基体起到固溶强化效果,进而提高铝基体的表面硬度。结果显示,合金元素在Al基体表层中的强化效果从大到小依次为W>Mo>Cr>Sn>Pb。35次HCPEB辐照合金化Pb/Al、Sn/Al、W/Al、Cr/Al和Mo/Al体系样品后,Pb、Sn、W、Cr和Mo元素在Al基体中的固溶度大大提高。同时,基体表面均匀分布着大量尺寸较小的Pb、Sn、W、Cr、Mo颗粒。电子束辐照后,由于固溶强化、位错强化、弥散强化和细晶强化四种强化机制的共同作用,样品表面硬度显著提高。互不相溶体系经电子束辐照后表面强化效果从大到小依次为W>Cr>Mo>Sn>Pb,其中Mo和Cr元素的强化效果与第一性原理计算结果有所偏差,这是因为HCPEB辐照后Cr在Al中的固溶度远大于Mo。HCPEB辐照Sn/Al和Pb/Al体系样品后,样品表面形成大量的喷发状熔坑,这些熔坑结构在后续辐照过程中得到修复。在HCPEB辐照初期,样品表层的合金化颗粒在辐照过程中发生剥离或熔化甚至蒸发并在基体表层形成尺寸较大的Sn和Pb相。随着辐照次数增加,样品表层的合金元素相溶入基体形成合金层。35次辐照后,Sn/Al和Pb/Al体系样品的合金层厚度分别约为12μm和15μm。合金层主要由合金元素颗粒（即Pb颗粒或者Sn颗粒）、纳米Al晶粒和类型丰富的缺陷结构（主要有位错、位错墙、孔洞及亚晶结构）构成。另外,由HAADF结果可证明,合金层中形成的缺陷结构（如晶界和相界）可为合金原子提供“容身之地”。X/Al体系样品经HCPEB辐照后会形成不同的截面形貌,这主要与合金化元素的熔点有关。当合金元素的熔点大于Al的熔点,样品表层会形成由纯Al重熔层和X/Al合金层构成的“双层”结构;当合金元素的熔点小于Al的熔点,样品表层则形成由富合金化元素层和扩散层构成的合金层。其中,扩散层由大量的缺陷结构和缺陷结构（如位错或晶界）处析出的细小合金化颗粒组成。