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近年来，新材料的制备取得了突飞猛进的发展。扩散作为金属材料中物质传输的主要方式之一，对新材料的合成和组织控制等起着非常重要的作用。本文系统地研究了纳米结构(NS) NS-Al/Cu、NS-Fe/Zn固固扩散偶以及强磁场下Al/Cu液固扩散偶中的反应扩散行为。另外，还利用Al/Cu液固扩散偶，研究磁场对Al-Cu二元合金不同凝固组织的影响。主要研究结果如下: 1.纳米Al对Al/Cu反应扩散的影响 采用表面机械研磨(SMAT)法制备NS-Al/SMAT-Cu扩散偶，研究发现NS-Al/SMAT-Cu扩散偶中的Al覆盖层是由大量尺寸为10nm～30nm的Al颗粒紧密结合而成，并具有良好的热稳定性。 NS-Al/SMAT-Cu和粗晶(CG) CG-Al/CG-Cu扩散偶在350℃～420℃范围内退火，发现扩散所生成的反应扩散层的相组成相同，均为θ、η2和γ1相;在扩散过程中各扩散层的厚度与退火时间t1/2符合线性关系;NS-Al/SMAT-Cu扩散偶中扩散层的扩散系数为CG-Al/CG-Cu扩散偶中相应扩散层的2.83～7.98倍;NS-Al/SMAT-Cu扩散偶的总扩散激活能(97.85kJ/mol)大幅度降低，约为CG-Al/CG-Cu扩散偶总扩散激活能(136.10kJ/mol)的70％。此外，纳米Al覆盖层能够促进反应扩散层的形成并降低反应扩散温度。 2.纳米Fe对Fe/Zn反应扩散的影响 采用夹具法制备了NS-Fe/Zn和CG-Fe/Zn扩散偶，并在330℃～400℃范围内退火，反应扩散层依次由Г、ζ和δ相组成，其中Г非常薄，可以忽略。对于CG-Fe/Zn扩散偶，在退火初始阶段，ζ相对扩散层的生长起主导作用，但随着退火时间的延长，ζ相生长速度逐渐减慢，δ相生长速度加快并主导扩散层的生长;而对于NS-Fe/Zn扩散偶，δ相在较短时间内迅速成为扩散层生长的主导相。 纳米Fe促进了Fe/Zn扩散偶扩散层的生长，总扩散层生长速度约为CG-Fe/Zn的1.36～1.39倍;总扩散层厚度与退火时间t1/2符合线性关系;总扩散激活能变化不大(QCG=101.1kJ/mol，QNS=104.3kJ/mol)。Mo薄片标记显示，纳米Fe促进了Fe和Zn之间的互扩散。 3.强磁场对Al/Cu液固扩散偶反应扩散的影响 实验研究了强磁场对Al/Cu液固界面反应扩散的影响，发现在700℃～800℃范围内退火，磁场和非磁场下的Al/Cu扩散偶中反应扩散层都由β、γ1和ε2相组成，施加强磁场不能改变界面扩散层中的相组成。强磁场对Al/Cu液固扩散反应扩散层的生长起抑制作用，退火温度越高或退火时间越长，抑制效果越明显。根据Arrhenius经验公式对Al/Cu液固反应扩散行为进行了系统研究，发现在磁场和非磁场下，Al/Cu液固反应扩散均属于由晶界扩散和体扩散共同控制的混合型扩散机制;在强磁场的作用下β、γ1和ε2层的反应扩散激活能与非磁场下各层相比分别增加了4.8％、13.3％和5.5％。分析认为强磁场抑制液相流动和增大扩散激活能是扩散层生长减慢的主要原因。 4.强磁场对Al/Cu液固扩散过程中形成的凝固组织的影响 实验发现半无限Al/Cu液/固扩散偶在凝固过程中沿凝固方向分别生成α-Al胞/枝晶状组织、Al-Al2Cu共晶组织和Al2Cu过共晶组织。施加强磁场，发现强磁场能够使胞状晶转变为枝状晶;枝晶粗化并偏离于凝固方向生长;随着磁感应强度的升高，共晶组织发生扭曲，层间距呈现先减小后增大再减小的非线性变化规律;过共晶组织初生相Al2Cu边缘变平整，晶粒粗化，分布均匀。分析认为凝固组织的各向异性及磁场与熔体间相互作用是产生这些现象的主要原因。