γ’相强化CoNi基高温合金具有较低的γ’相完全溶解温度和较高的γ’相体积分数,有望成为服役温度在750℃-850℃的新一代变形高温合金材料。然而,该类合金的成分设计与优化方法以及合金设计准则尚未建立,已报道合金主要采用“试错法”进行设计,其综合性能无法完全满足服役需求。组织稳定性、抗氧化性能以及高温强度是变形高温合金成分设计与优化需要重点考虑的问题,但相关的研究目前非常匮乏。并且,由于多组元合金体系中合金元素作用的复杂性和非线性,采用传统的研究方法来解决上述问题,势必存在周期长、成本高、系统性差等问题。因此,还需引入更加高效的方法进行研究。本论文在课题组前期工作的基础上,基于“材料基因工程”的理念,针对目标服役温度为750℃-850℃的CoNi基变形高温合金,开展了以下研究:1)通过热力学相图计算和实验,研究了 CoNi基变形高温合金相转变温度、密度、相成分等物理、化学性质特点,明确了合金化元素对CoNi基变形高温合金850℃粗化行为和800℃-1000℃氧化行为的影响规律及机制,确定了该类合金γ’相粗化的控制性元素以及良好抗氧化性能的成分条件;在此基础上,2)利用复杂多组元扩散多元节的高通量实验方法,高效、系统地研究了合金化元素对CoNi基变形高温合金850℃/1000h长时组织稳定性的影响规律及机理,获得超过4000组成分-显微组织定量关系实验数据;最后,3)利用机器学习技术建立了成分-显微组织预测模型,并依据显微组织逆向设计理念和多目标优化策略,构建了该类合金的成分设计与优化方法以及合金设计准则,结合组织稳定性、抗氧化性能以及力学性能的实验验证,发展出适用于工程应用的CoNi基变形高温合金原型。热力学相图计算设计合金和合金化元素对粗化以及氧化行为的影响结果表明:相图计算能够较好的指导CoNi基变形高温合金的成分设计,设计合金具有较低的γ’相完全溶解温度和密度、较宽的热加工窗口、较好的抗氧化性能和高温强度。在850℃长时时效过程中,合金γ’相的粗化符合Lifshitz-Slyozov-Wagner（LSW）基体扩散控制机制且Cr是控制性元素。降低合金γ/γ’两相错配度,降低Cr在γ/γ’两相中的分配系数Kγ’/γ以及提高γ基体中的Cr含量,有利于降低CoNi基变形高温合金γ’相的粗化速率。在800℃,合金的抗氧化性能主要由致密Cr2O3层提供,Al或Cr的添加有利于连续Al2O3层的形成,而Ti的添加对合金抗氧化性能的影响不明显。在900℃和1000℃,Al含量对合金的抗氧化性能起到关键作用,而Cr的添加对合金抗氧化性能的影响不明显,Ti的添加不利于合金的抗氧化性能。合金具有良好抗氧化性能的成分条件为:Al≥8at.%,Al+Cr≥20at.%,Ti≤3at.%。利用复杂多组元扩散多元节的高通量实验方法,高效、系统地研究了合金化元素对CoNi基变形高温合金850℃/1000h长时组织稳定性的影响规律及机理,结果表明:添加Mo和W会促进μ相的析出,其中以Mo的影响最为显著,这与Mo主要富集到γ相中有关。在添加Mo的同时降低W可有效抑制μ相的析出。添加Al、Ti、Nb、W能够有效提高γ’相体积分数,而添加Cr会显著降低γ’相体积分数,这与上述合金元素在γ/γ’两相的分配行为有关。添加Al、Ti、Mo能够显著加速γ’相的粗化,增大γ’相尺寸,而添加Cr或者用Nb替代Ti则可减缓γ’相的粗化,降低γ’相尺寸,这与上述合金元素影响γ/γ’两相错配度以及γ基体中的Cr含量有关。添加Mo、Cr、Ni能够明显提高γ’相的球形度,即促进γ’相形貌呈球形,而降低Ni或者添加Nb、Ta、Al、Ti将不同程度地降低γ’相的球形度,即促进γ’相形貌呈立方形或长条形,这与上述合金元素影响γ/γ’两相错配度有关。基于复杂多组元扩散多元节产生的大量成分与显微组织量化关系实验数据和课题组积累及文献查阅的γ’相完全溶解温度数据,利用机器学习,建立了 CoNi基变形高温合金成分与显微组织以及γ’相完全溶解温度的机器学习模型。结合相组成、γ’相体积分数、γ’相尺寸、γ’相形貌、γ’相完全溶解温度、抗氧化性能以及合金密度的设计准则,设计出综合性能较好的CoNi基变形高温合金原型。结果表明:所建立的机器学习模型具有较高精度。设计的合金相比于镍基变形高温合金U720Li,在750℃-850℃的目标服役温度范围,具有更好的抗氧化性能和力学性能。根据以上研究结果,本论文系统研究了合金化元素对CoNi基变形高温合金长时组织稳定性的影响规律及机理,明确了合金化元素对合金氧化行为的影响规律及机制,为该系列合金后续的成分设计与优化提供了依据。同时,建立了一种集成热力学相图计算、复杂多组元扩散多元节实验以及机器学习技术的CoNi基变形高温合金成分设计与优化方法,不仅为加速该类合金的发展和工程应用提供了有效支撑,还可推广应用至其他金属材料的研发之中。