固相焊是解决铝/镁轻质合金连接最具潜力的方法之一,因此成为拓展新型铝/镁合金及其复合材料轻量化应用的重要手段。铝/镁合金具有较好的冶金相容性以及相近的熔点和再结晶温度,无论经历大变形短时还是小变形长时高温热循环,界面反应很难精确调控,过量金属间化合物导致接头发生脆性断裂风险增大。本文以铝/镁合金固相焊界面冶金反应行为及界面原子扩散为研究对象,主要研究内容和结果如下:首先,开展了5A06铝合金/AZ31镁合金回填式搅拌摩擦点焊试验。综合采用OM、SEM、EDS、XRD和EBSD以及显微硬度、拉剪性能测试手段,进行了焊点形貌、晶粒形态、相组成、元素分布及力学性能分析。主要对搅拌套下方界面位置合金基体的晶粒和亚结构、金属间化合物反应层进行了表征,对原子互扩散导致的成分分布进行了观测和定量计算。结果表明,随着焊接热输入增大,界面IMC反应层变厚,综合判断反应产物为β-Al3Mg2和γ-Al12Mg17,IMC层厚度为5～10μm。因脆性相与合金基体之间存在热应力,导致界面位置产生微裂纹。在达到焊缝内外部成型良好的前提下,界面反应超过一定临界值,接头力学性能变差,焊点拉剪强度最大值为57.65 MPa,断口呈现脆性断裂特征。其次,设计了5A06铝合金/AZ31镁合金真空扩散焊试验,便于比较分析热变形对界面冶金反应和原子扩散的影响。结果表明,扩散焊界面反应较为平缓。在400 oC,1～3h保温条件下,界面异质金属冶金反应所产生的IMC层厚度为50～80μm,其中β相反应层厚度明显大于γ相。再次,通过回填式搅拌摩擦点焊和真空扩散焊原子互扩散的对比,证实了热-力耦合摩擦焊界面的原子超扩散现象。在热变形动态回复阶段原子扩散系数计算模型基础上,基于原子扩散规律和微观机制,提出热变形动态再结晶阶段原子扩散系数的理论计算模型。计算表明,热力耦合原子扩散相比平衡态热激活原子扩散高出2～3个数量级,与实验结果一致。最后,基于固态相变相场计算框架,考虑焊接界面温度和变形边界条件,结合焊接界面原子扩散与有序化相变的热力学、动力学、晶体学数据,开发了铝/镁异质金属固相焊界面IMC演化相场模型。通过模拟,获得了固相焊界面IMC演变微观形貌和动力学规律。针对铝/镁异质金属回填式搅拌摩擦点焊,采用了放大的动力学参数扩散系数D与界面迁移率M进行计算,模拟结果与点焊界面IMC实测结果相符度较高。以相场计算程序为基础,开发了异质金属界面演化相场计算前处理、后处理操作界面。以上研究成果为异质金属固相焊冶金行为定量化研究提供借鉴。