偏聚到晶界上的溶质或杂质元素会对材料的力学、物理和化学性能产生影响。溶质晶界偏聚分为平衡偏聚和非平衡偏聚。McLean、Guttmann和Seah构建了完整的平衡偏聚理论。在Aust、Anthony和Faulkner等的研究结果基础上，Xu等建立了系统的非平衡晶界偏聚理论。 本论文基于Xu等建立的非平衡晶界偏聚理论，开展了三方面的研究工作： 1.提出了实验上求得晶界区弹性模量的方法，并首次获得了晶界区弹性模量的定量结果。 晶界区弹性模量是裂纹前端应力场和纳米材料弹性性能研究的重要参量。弹性应力作用下溶质晶界偏聚或贫化理论的建立，为从实验上求得晶界区弹性模量提供了理论基础。论文利用张应力引起的溶质最大非平衡偏聚浓度计算公式，提出了从实验上求晶界区弹性模量的方法，并借助于张应力作用下S的非平衡晶界偏聚实验结果，首次求得2.6NiCrMoV钢在883K温度下的晶界区弹性模量值。这一方法是迄今为止唯一的实验确定晶界区弹性模量的方法。 2.首次指出NiCrMoV钢中Cr和N的共偏聚行为是非平衡晶界共偏聚，N的非平衡偏聚特性是由Cr的非平衡偏聚引起的。 已有的实验结果表明，在700～900K温度范围内，NiCrMoV钢中Cr和N发生了晶界共偏聚。论文分析了Cr-N共偏聚动力学后得出结论：Cr-N共偏聚是非平衡共偏聚，N在时效过程中的非平衡偏聚特征是Cr非平衡偏聚引起的。这一结论为非平衡共偏聚模型提供了直接证据，预示着可以通过Cr的反偏聚带动N的反偏聚，减少N的晶界含量，从而改善钢的力学性能，形成技术创新。 3.首次实验证实了GH4169(Inconel 718)合金中P的非平衡晶界偏聚特性。 论文采用俄歇电子能谱仪测量了高温合金GH4169(Inconel 718)中P的晶界偏聚量，发现不同固溶温度、相同时效温度热处理后P的偏聚量不同，并基于非平衡偏聚理论和P偏聚量差别实验结果，确定了P的非平衡晶界偏聚特性。这一特性的确定，为掌握P对高温合金性能影响的作用机理提供了新的理论基础。