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铝合金具有密度低、比强度高、容易加工、导电导热性能好等优点，广泛应用于交通运输、航空航天与电力工业等领域。随着航空航天等领域的发展，提高铝合金的高温性能成为了材料领域备受关注的课题。Al-Zr合金时效过程中析出L12结构Al3Zr相，析出相在高温下动力学稳定，具有析出强化和抑制再结晶的作用，在发展耐热铝合金方面展现了良好的应用前景。然而，Zr在α-Al中缓慢的扩散速率使Al3Zr析出迟缓，限制了析出相的体积分数及合金性能的提高。此外，Zr在凝固过程中的微观偏析导致时效后Al3Zr在基体中分布不均匀，析出相贫化区对合金的强度和耐热性不利。因此，提高Al-Zr合金性能的关键在于如何加速Al3Zr析出动力学过程并改善析出相在合金中的分布，减小或消除析出相贫化区。 本文采用稀土元素RE(Yb或Y)作为Al-Zr合金微合金化元素，通过促进析出相的形核析出，形成弥散分布的L12结构析出相Al3(Zr,RE)，以增强合金强度和耐热性能，为开发新型 L12相强化耐热铝合金提供理论指导。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高分辨电镜(HREM)和三维原子探针(3DAP)等结构分析手段以及维氏显微硬度和电导率测量等测试手段，结合第一性原理计算研究了Al-Zr-RE(Yb/Y)合金中L12结构相的时效析出机理，分析了析出相对合金强度与再结晶行为的影响规律。主要研究内容和结论如下： (1) Al-Zr-Yb合金中Al3(Zr,Yb)的析出机制与演变规律。Al-0.08Zr-0.03Yb(原子分数at％，下同)中时效初期形成的Al3Yb促进Zr的时效析出，形成纳米级核心－外壳结构Al3(Zr,Yb)复合相，合金在等时时效过程中表现了双峰时效强化行为。Al3Yb在100℃与150℃之间析出，使合金在300℃达到第一个时效强化峰。随着时效温度的提高，在Al3Yb外围形成了成分约为Al3(Zr0.6Yb0.4)的富Zr外壳，使合金在475℃达到第二个时效强化峰，在高温下保持良好的析出强化效果。 Zr和Yb元素在Al3(Zr,Yb)析出相形核与长大过程存在协同效应。一方面，Yb促进Zr的析出。时效初期形成的Al3Yb析出相作为异质形核核心，促进Al-Zr固溶体的分解。另一方面，Zr减缓了Al3Yb的析出和粗化。在时效初期，固溶体中的Zr对 Yb的吸引作用延缓了Al3Yb析出相的形核和长大；随着时效进行，大量 Zr元素偏聚于Al3Yb/α-Al界面形成富Zr外壳，有效阻碍了Al3Yb核心的粗化并增大了析出相的临界共格转变半径。 (2)Al-Zr-Y合金中Al3(Zr,Y)的析出机制与演变规律。Al-0.08Zr-0.025Y时效初期不单独形成L12结构Al3Y析出相，α-Al晶格中Y通过与2NN位置Zr的相互吸引作用促进L12结构Al3(Zr,Y)的形核，Al3(Zr,Y)析出相不具有核心－外壳结构。Al-0.08Zr-0.025Y合金在500℃等温时效1h后即形成Al3(Zr,Y)析出相，而Al-0.08Zr合金在时效3h后才生成Al3Zr析出相，这是由于Y加入Al-Zr体系后有利于增加Zr-Y原子对周围的空位浓度，降低Zr在Al中的扩散激活能，加速Zr的扩散过程，从而促进Zr的析出并加速了Al3(Zr,Y)的析出动力学过程。 (3) Al-Zr-RE(Yb/Y)合金的析出强化和再结晶行为。在400℃等温时效时，Al-0.08Zr合金中Al3Zr析出缓慢，析出强化不明显；添加0.025%Y和0.05%Y的Al-0.08Zr合金硬化速率加快，并在高温下保持稳定；添加0.03%Yb的Al-0.08Zr合金析出强化速率最快，时效10h后即达到双峰时效强化的第二个硬度峰，延长时效时间至750h硬度基本保持不变，具有明显的析出强化和高温稳定性。添加0.01%Yb使Al-0.08Zr时效峰值硬度提高约16%，远高于添加0.01% Y的3%，这是由于与Al3Zr和Al3(Zr,Y)相比，Al3(Zr,Yb)半径最小，数量密度最大，在高温下有效强化了Al-Zr-Yb合金。 添加0.025%Y和0.03% Yb均提高了Al-0.08Zr合金的再结晶温度，而添加0.05%Y则降低了Al-0.08Zr合金的再结晶温度。Y含量不同的Al-0.08Zr合金再结晶温度主要取决于第二相的尺寸与分布。在Al-0.08Zr中添加0.025%Y生成了细小弥散的纳米尺度Al3(Zr,Y)析出相，减小了析出相贫化区，对位错和亚晶界的钉扎作用增强，从而提高再结晶温度；Y含量达到0.05%时尽管析出相分布同样得到改善，然而大量微米尺度共晶 Al3Y成为再结晶晶粒的优先形核区域，因此降低了再结晶温度。