Ni及其合金具有良好的耐腐蚀和高温抗氧化性能，而冷喷涂技术具有热输入少、涂层组织致密、沉积效率高和沉积速度快等优势，为制备良好耐腐蚀性能的Ni及镍基复合涂层提供了可行的新方法。本文根据已有研究报道，对冷喷涂过程中Ni粉的临界速度和粒子速度预测进行了详细总结，并对其沉积特性和结合机理进行了分析；冷喷涂Ni及镍基复合涂层的性能改善可以通过喷嘴参数、粉末和气体参数的调控来实现；冷喷涂技术与激光处理、喷丸处理、热轧处理等其他技术相结合可以进一步提升涂层质量；陶瓷颗粒的加入能提高Ni及镍基复合涂层的强度和耐腐蚀性能。最后，对冷喷涂Ni及镍基复合涂层的广泛应用进行了展望，并提出了几点研究方向。

制备各类涂层对材料表面进行强化是提高材料服役性能的重要途径，可根据服役环境要求，在不影响基体性能的前提下，通过调控工艺改变涂层成分、组织结构，从而改善其性能，延长部件的使用寿命。高熵合金及其涂层是近年来材料领域的研究热点，具有优异的强度、韧性、耐蚀性、耐磨性等特点，在表面工程领域的应用发展迅速。通过设计不同体系的高熵合金涂层，开发高效的制备工艺方法，将其应用于表面工程领域，有望成为耐磨、耐蚀、耐热等极端环境装备关键部件表面强化的理想手段。本文从高熵合金涂层的分类与制备方法出发，详细介绍了目前高熵合金涂层的最新研究成果，归纳了高熵合金涂层的成分、组织结构、性能以及磨损与腐蚀机理，并对其在表面工程领域应用亟待解决的问题及未来发展方向进行了展望。

夹杂物控制是高品质特殊钢生产的难点和重点，本文介绍了钢中夹杂物的主要类型及其在精炼过程中的生成演变及去除行为规律，并结合作者的研究与实践，阐述了夹杂物控制的关键技术。钢中夹杂物类型与最初脱氧产物有较大的区别，其生成和演变与钢中的成分元素(如Ca、Mg和Ti等)密切相关，同一组成的夹杂物在钢中形态分布不同，最终会导致评级类别的差异。精炼过程中固态夹杂物通常比液态夹杂物更容易被去除，Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物相比液态的CaO-Al₂O₃系夹杂物具有更高的去除效率。精炼渣、耐火材料以及钢包挂渣均会对钢中微量元素控制和夹杂物演变行为产生重要影响，适宜的渣碱度和稳定的造渣操作对夹杂物的控制非常重要。铝镇静钢的精炼渣碱度控制在4~7之间即可获得较好的脱氧效果；而硅锰镇静钢精炼渣采用变碱度操作并不利于夹杂物控制。同时，应该谨慎使用含CaO耐火材料。优质的洁净合金以及适宜的合金化时机，有助于控制钢中微量元素，减少合金中夹杂物的污染。精炼过程应避免过度搅拌，减弱对钢包挂渣的冲刷，并理性考虑夹杂物变性处理。控制钢中Ca含量、避免卷渣以及尽可能排除引流砂等手段有助于控制钢中的大型夹杂物。近年来的夹杂物演变和去除机理研究解释了诸多冶金过程现象，并提出了夹杂物控制新方向，但仍有如CaO-Al₂O₃夹杂物长大机制等机理需要进一步研究揭示，也亟待开发新的夹杂物控制技术来解决诸如如何彻底消除引流砂大型夹杂物等已知问题。

利用动态塑性变形工艺制备块体纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢样品并研究其低周疲劳行为。应变控制疲劳测试发现，包含30% (体积分数)纳米孪晶结构的304奥氏体不锈钢具有优异的低周疲劳寿命和高循环应力水平，同时循环软化程度随应变幅增加而减弱，与传统纳米结构金属材料“应变幅愈高，软化程度愈明显”的趋势截然不同。优异的低周疲劳性能主要得益于高强度纳米孪晶晶粒优异的结构稳定性以及其与相邻再结晶晶粒协同塑性变形，有效抑制应变局域化和疲劳裂纹萌生。

以fcc结构高熵合金为基础合金，通过添加Al、Ti和C元素，设计了新型析出强化Fe₅₃Mn₁₅Ni₁₅Cr₁₀Al₄Ti₂C₁高熵合金。经过轧制后该合金含有纳米结构轧制条带(含有变形孪晶)和高密度位错结构。中温长时间热处理后该合金具有纳米结构非均匀组织，包括轧制条带、位错和大量的纳米析出相，表现出优异的强度-塑性匹配关系。该合金优异的力学性能是由于组织中与基体共格的L1₂型析出相起到了显著的析出强化作用，使该合金强度明显提高；另一方面，高密度位错得到有效回复，改善了合金的应变硬化能力。采用中温长时间热处理可获得强度-塑性匹配优异的非均匀组织析出强化高熵合金。

研究了3种不同Cr含量(质量分数)的奥氏体不锈钢在700℃下煤灰/高硫烟气环境中的腐蚀行为。结果表明，低Cr合金(19.13%)腐蚀最为严重，氧化膜由外层Fe₂O₃、内层Cr₂O₃及CrS组成，外层氧化膜剥落严重；中Cr合金(22.78%)氧化膜结构与低Cr合金类似，但腐蚀程度更轻；高Cr合金(24.00%)表面形成了稳定而致密的Cr₂O₃层，表现出比其他2种合金更好的抗高温腐蚀性。合金中的NbC会被氧化成Nb₂O₅分布在氧化膜中，Nb₂O₅的形成会破坏氧化膜的完整性，导致氧化膜更容易发生开裂。

材料研发模式经历了经验主导的第一范式、理论模型主导的第二范式和计算模拟主导的第三范式，如今正处于数据驱动的第四范式。为加速新材料的设计与研发，发展基于材料数据库和人工智能算法的高通量自动集成计算和数据挖掘算法变得至关重要。本文介绍了作者团队自主开发的分布式高通量自动流程集成计算和数据管理智能平台ALKEMIE2.0 (Artificial Learning and Knowledge Enhanced Materials Informatics Engineering 2.0)，该平台基于AMDIV设计理念，包含了自动化、模块化、数据库、人工智能和可视化流程等5个适用于数据驱动的材料研发模式核心要素。概括来说，ALKEMIE2.0以模块化的方式集成了多个不同尺度的计算模拟软件；其高通量自动纠错流程可实现从建模、运行到数据分析，全程自动无人工干预；支持单用户不低于10⁴量级的并发高通量自动计算模拟。进一步而言，ALKEMIE2.0具有强大的可移植性和可扩展性，目前已部署在国家超算天津中心，基于多类型材料数据库结合超算强大的计算能力使得人工智能算法在新材料设计与研发中得以快速的应用和实践。更重要的是，ALKEMIE2.0设计了用户友好的可视化操作界面，使得结构建模、工作流计算逻辑、数据分析和机器学习模型具有更高的透明性和更强的可操作性，且适用于对材料计算模拟掌握程度从初级到专业的所有材料研究人员。最后，通过多平台部署和高通量筛选二元铝合金2个算例详细展示了ALKEMIE2.0的主要特色及功能。

材料基因组工程与材料智能制备加工技术的发展为航空发动机高温合金关键热端部件的研发与制造提供了新的思路。针对航空发动机涡轮机匣类结构件高温合金材料与铸造成型的需求，开发了高通量并发式的热动力学模拟软件系统，结合镍基铸造高温合金的筛选判据，从520万余种成分组合中筛选并研制了一种新型镍基铸造高温合金，815℃、400 MPa下高温持久性能优于国外Inconel 939高温合金。针对高温合金复杂铸件的精密成型，开展了数据驱动铸件变形全流程集成计算，揭示蜡模注射工艺参数与尺寸映射关系以及凝固变形过程中工艺参数与尺寸精度关联关系，提出了一种基于数据驱动的工艺参数优化方法。建立了基于“模型+算法”的数据驱动的铸造冒口设计方法，结合试验设计和多目标遗传算法，优化了铸造工艺参数，试验验证后铸件工艺出品率提高13.39%。基于数据驱动的成分设计与基于数据模型的工艺设计结合，将加速航空材料与构件的研发与应用。

以(84 - X)FeXCr15Co1Si (X = 20、25、30、35，质量分数，%)合金为研究对象，利用具有原子分辨率的扫描透射电子显微镜(STEM)研究了Cr元素对热处理后合金中α ₁和α ₂相形态、体积分数、尺寸分布、相成分、合金磁性能和硬度的影响。STEM分析结果表明，随着Cr含量由20%增加到35%，α ₁相的平均尺寸由26 nm逐渐增加到55 nm；随着Cr含量由20%增加到25%，α ₁相的体积分数增加了12%，但Cr含量的继续增加不能进一步改变体积分数。EDS结果表明，随着Cr含量的增加，富Fe-Co α ₁相里的Fe含量逐渐降低，而Cr和Co含量逐渐增加；同时，富Cr α ₂相里的Fe和Co含量逐渐降低，而Cr的含量逐渐增加。调幅分解过程可促使试样的硬度显著上升，且Cr含量的增加也可提升合金硬度。合金的剩磁、矫顽力和磁能积均随Cr含量的增加而逐渐增大，3者在Cr含量为25%时均达到最大值，并随Cr含量的继续增加而降低。分析了磁性能与α ₁相的尺寸、体积分数、成分以及与α ₁和α ₂相成分差之间的关系，讨论了调幅分解硬化合金的机理，并分析了Cr含量影响硬度的原因。

以Mg-8Gd-3Y-0.5Zr (GW83K)镁合金为研究对象，探索通过调控混晶显微组织来提高其力学性能的途径。将具有混晶组织的合金抽象为一种不同尺寸的晶粒嵌入到晶界中的颗粒复合体模型，在该模型中基体相为晶界，不同的颗粒相是不同尺寸的晶粒；然后基于Taylor关系的非局部塑性理论修正不同粒子嵌入到基体后对基体性能的影响，建立具有混晶组织特征的有限元平面应变细观力学模型。采用该模型模拟了含有混晶组织的GW83K镁合金在拉伸条件下的应力-应变行为，模拟结果对比实验数据验证了模型的有效性。在此基础上，通过真实时空相场模拟出的不同退火工艺下的混晶组织作为力学模型的几何输入参数，建立“工艺参数-混晶组织-力学性能”之间的关系。模拟结果对比发现，具有混晶组织的GW83K镁合金强度随平均晶粒尺寸的变化符合Hall-Petch关系，粗晶含量和分布显著影响着合金的塑性，当合金在623 K下退火90 min后对应的混晶组织可在保持高强度的同时有效提升塑性，为混晶组织的设计提供了参考。