轻质铝、镁合金（如铝-镁-硅合金）在汽车、航空、通讯和国防等领域具有广阔的应用前景。金属间化合物Mg₂Si由于具有优异的物理和机械性能,作为强化相可改善轻质合金的室温及高温力学性能。然而,重力铸造条件下初生相Mg₂Si易形成粗大树枝晶,割裂基体成为裂纹源,从而限制了铝、镁合金的广泛应用。因此,需要对初生Mg₂Si进行形貌变质及尺寸调控,以充分发挥其作为强化相的优势。遗憾的是,Mg₂Si的“变质设计难、形貌控制难”是困扰凝固领域的关键难题之一。鉴于轻质合金开发对Mg₂Si形貌及尺寸调控的迫切需要,亟待寻找到更多合适的变质元素,提出变质元素成分设计准则,并实现变质效果预测;亟需深入研究化合物Mg₂Si的微观变质机制,为微量元素变质条件下Mg₂Si形貌调控提供理论依据。表面能和吸附能作为与Mg₂Si平衡形貌密切相关的两个本征物理参量,对于预测元素变质效果、优化变质元素种类以及揭示变质元素对化合物Mg₂Si的作用机制具有重要意义。具体来说,表面能可反映各生长晶面的稳定性,而表面能之比（即表面各向异性程度）则反映各晶面在晶体最终形貌中保留的相对概率,进而影响晶体形貌;吸附能可评估变质元素在各生长面上的吸附能力,进而影响晶体生长过程,有助于理解变质元素对Mg₂Si的吸附-毒化作用。本文基于第一性原理表面能和吸附能计算,研究了变质元素掺杂及吸附对Mg₂Si形貌的影响和作用机制,为实现强化相Mg₂Si形貌可控,发展新型轻质铝镁合金提供理论借鉴,主要结论如下:（1）揭示了变质元素（Sb、Te、Sn、P和Bi）种类及含量对Mg₂Si（100）和（111）面表面能的影响规律。发现变质元素Sn、Te、Bi和P掺杂使得（100）和（111）晶面表面能均升高,且随元素掺杂含量增加（1/8-1/4单层）而进一步升高,即表面稳定性降低;而掺杂元素Sb时,（100）和（111）面表面能则均较未掺杂降低,且随掺杂量增加（1/8-1/4单层）而进一步降低,即晶面稳定性增加。（2）基于掺杂表面能计算结果,从表面各向异性角度预测了变质元素（Sb、Te、Sn、P和Bi）掺杂对Mg₂Si平衡形貌的影响。由纯净表面各向异性程度,揭示出纯相Mg₂Si平衡形貌为由{111}晶面组成的八面体;变质元素Sn、Te、Bi和P掺杂时,（100）和（111）表面各向异性程度降低,Mg₂Si平衡形貌倾向为由{100}和{111}晶面组成的切角八面体;其中,Te和P元素可有效促进{100}晶面在Mg₂Si晶体最终形貌中暴露的概率,是制备含切角八面体初生Mg₂Si轻质合金的潜在有效变质元素,该结果有助于优化微量变质元素种类,实现初生Mg₂Si形貌可控。（3）研究了变质元素（Li、Be、Ca、Sr和Pb）在Mg₂Si（100）和（111）面上的吸附规律,揭示了元素吸附与Mg₂Si平衡形貌的关系。研究了变质元素在（100）和（111）面上的最稳定吸附位,发现变质元素均优先吸附在（100）晶面;权重总吸附能越大,变质元素在Mg₂Si晶体上的吸附能力越强;且进一步结合变质元素的择优吸附行为可知,随总吸附能增加{100}晶面在Mg₂Si晶体中暴露的相对概率越大,此时Mg₂Si形貌倾向为由{100}和{111}面共存的切角八面体。总之,本文研究了变质元素掺杂及吸附对Mg₂Si形貌的影响,基于表面各向异性程度,预测变质元素掺杂对Mg₂Si平衡形貌的影响,优化变质元素种类;研究元素在不同晶面的择优吸附行为,揭示元素择优吸附与Mg₂Si形貌的关系,该结果从第一性原理计算角度深刻了对元素变质Mg₂Si作用机制的理解,对新型轻质铝镁合金的研发及制备具有积极意义。