金属间化合物NiAl因为良好的高温强度、较高的抗氧化性和抗腐蚀性，相对较低的密度以及较高的熔点，可望成为工程应用尤其是在航空航天领域中最有前途的材料。然而，室温下断裂韧性差和延性差限制了它的应用。合金化方法是一种简易有效的改性途径，经常被用于提高NiAl的性能。最常用的合金化元素为3d和4d过渡族元素，如Fe、Cr、V、Co、Mo、 Ti、Ga和Mn等。合金化方法操作简单有效，只需选择好所用的合金化元素或合金化元素组合，就可以直接应用于铸造过程中。稀土元素是活性元素，适量的稀土合金化元素可以提高金属的室温压缩延性。本文研究了单稀土元素（Sc、Y、La、Ce、Nd、Pr、Pm、Sm、Eu）、不同Y含量以及稀土（La、Ce、Pr）与非稀土（Ti、V、Cr）协同作用三种情况对NiAl结构和性能的影响。CASTEP模块采用密度泛函理论的超软赝势，利用赝势平面波进行量子力学第一性原理计算。所有模型均采用广义梯度近似（GGA）构造交换-关联能泛函。本文通过CASTEP模块计算了合金化NiAl各模型的晶格常数、弹性性质以及电子结构。研究表明，单稀土元素Sc、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu倾向于占据NiAl中Al的位置，而Y和Nd倾向于占据Ni的位置；Sc、Y、La、Nd、Pr、Pm的加入，在不同程度上降低了NiAl的硬度，其中La的加入对NiAl硬度的影响最大，Sm对NiAl的硬度几乎没有影响。所有的9种稀土元素均提高了NiAl的延性，其中只有Ni₈Al₇Ce和Ni₈Al₇Eu模型的硬度和延性相对于Ni₈Al₈而言同时提高。从NiAl掺杂Ce、Eu的态密度图中可以看出，增加的两个尖峰是Al的s、p轨道电子及Ni的d轨道电子分别与稀土杂化作用产生的。从差分电荷密度图和键的布居值来看，Ni₈Al₇La离子性增强，而共价性降低，因此Ni₈Al₇La延性较好而硬度较差。掺Ce以及掺Eu的模型中，Ni₈Al₇Ce离子性比Ni₈Al₇Eu强，因而Ni₈Al₇Ce的延性要高于Ni₈Al₇Eu，而Ni₈Al₇Eu中共价性整体要高于Ni₈Al₇Ce的共价性，因而，Ni₈Al₇Eu的硬度要略高。Ni₃YAl₄、Ni₇YA_l8、Ni₁₁YAl₁₂和Ni₁₅YAl₁₆分别代表Y的含量分别为12.500at.%、6.250at.%、4.167at.%和3.125at.%的NiAl合金化模型。当NiAl中Y的含量为3.125at.%时，模型的硬度最接近NiAl,当Y的含量为6.250at.%时，模型具有最好的延性，从态密度图中可以看出，与NiAl相比，前者的杂化作用减弱而后者的杂化作用增强。Ni₁₅YAl₁₆中的Ni-Ni键和Al-Al的共价性比Ni₇YA_l8强，而Ni₇YA_l8中Ni-Al键的共价性比Ni₁₅YAl₁₆强，Y-Al键的离子性也较强。在Ti、V、Cr与La的协同作用中，Cr与La的协同作用效果较好，使得NiAl的延性提高，硬度损失降低；在Ti、V、Cr与Ce的协同作用中，Cr与Ce的协同作用效果较好，使得NiAl的延性和硬度同时提高；在Ti、V、Cr与Pr的协同作用中, Ti和Pr的作用效果较好，使得NiAl的延性提高，硬度得以保持。从Ni₈Al₆CrCe和Ni₇TiAl₇Pr的态密度图中可以看出，两种模型中均有赝能隙的存在，使得模型的共价键增强，主要归因于Ce和Pr未饱和的4f轨道电子的贡献。在键的布居值分析中，模型Ni₈Al₆CrCe中Ni-Al键、Al-Al键、Ni-Ni键的共价性相对于Ni₈Al₈而言有所增强，模型Ni₇TiAl₇Pr中各Ni-Al键的共价性均增强，Al-Al键的变化较不明显，Ni-Ni键共价性增强。在模型Ni₈Al₆CrCe中，协同合金化元素Cr和Ce均只与Ni成键，而Ni₇TiAl₇Pr中协同合金化元素Ti和Pr均分别与Ni和Al成键，其引入的离子键更多。因此，Ni₇TiAl₇Pr的离子性要强于Ni₈Al₆CrCe。利用放电等离子烧结工艺和激光重熔工艺制备了NiAl、NiAl-1（掺入0.25at.%Ce的NiAl）、NiAl-2（掺入1.15at.%Ce的NiAl）三种试样，并对三种试样进行了显微组织分析和力学性能测试，结论如下：激光重熔的中心区域，由于温度场的分布，处于高温区的元素流动较快，扩散充足，又由于冷却速度快，因此部分Ce元素保留在晶粒内部。激光重熔后，随着Ce含量的增加， NiAl-1以及NiAl-2的硬度、弹性模量和弹性恢复率均有不同程度的提高。这一结论与第三章的计算结果相符。单稀土掺杂以及稀土与非稀土共掺杂的计算结果，与目前已知的试验结果基本吻合。