γ’-Ni3Al共格纳米粒子强化的Ni基高温合金是航空航天、石油化工等领域的重要工程结构材料。其承温能力的提升对于发动机工作效率的提高至关重要。另一方面,对重要参数例如十多种合金元素之间复杂的相互作用、微观组织稳定性、抗氧化和热腐蚀能力、成本等的考量,大大阻碍了高温合金成分的优化或者设计研发进展。同时,在国际上已经有完整成熟的成分设计方法的前提下,发展中国自己的成分设计方法,缩短Ni基高温合金的研发周期,降低成本显得尤为重要。因此,本研究的出发点是从原子层次出发,实现“成分-组织-性能”的关联,建立完整的γ’-Ni3Al共格强化的Ni基高温合金设计方法。具体内容包括以下4个方面:（1）基于团簇结构模型,通过对团簇和团簇之间有序性的研究,给出了理想FCC结构浓固溶体的超团簇堆垛模型。发现理想的团簇在Friedid振荡势能函数的作用下,以类BCC结构进行堆垛,团簇成分式中团簇中心原子:壳层原子:连接原子之间的数目比为1:12:3,总体团簇结构模型的原子数目为16,即Ni基高温合金的理想团簇成分式为[Al-Ni12]（Al,Cr）3,其中合金元素分为Al、Cr和Ni三类。（2）以团簇成分式的形式解析了TMS系列Ni基单晶高温合金的成分,结果发现随着合金从第一代至第六代的发展,成分式的总原子数目Z从Z～17至Z～15.5,最后到Z～16,对应第六代合金显著的抗蠕变能力。PWA系列和CMSX系列合金同样表现出了相同的趋势。Ni基高温合金的理想团簇成分式Z值为16,在理论和实验数据上得到了证实。（3）收集了Ni基高温合金微观组织参数（γ’粒子尺寸、γ’体积百分数和γ/γ’晶格错配度（δ））和蠕变寿命（tr）,研究发现具有优异抗蠕变性能的TMS系列高温合金通常表现出合适的错配度,以使得立方的γ’纳米粒子通过沉淀强化获得最大的强度增量。同时,建立了不同蠕变测试条件下（900℃/392 MPa和1100℃/137 MPa）,晶格错配度1g（|δ|3/2）和蠕变寿命1g（tr）之间的线性关系。（4）综合以上关于Ni基高温合金团簇成分式、γ’形态、错配度、蠕变寿命的研究结果,建立了 Ni基高温合金的特征参数嵌入的机器学习模型,其对于未知合金蠕变性能的预测精度R2和RMSE分别为93.4%和28.6 h,表现出了优异的预测性能。进一步通过引入理想团簇成分式嵌入的遗传算法,建立了一种以蠕变寿命为目标函数的Ni基高温合金成分设计方法。该方法实现了根据成分空间、成本、性能目标逆向寻优,输出符合Ni基高温理想团簇成分式的成分。