作为一种有效提高合金的常温和高温力学性能的强化途径,固溶强化及合金强度预测既涉及微观尺度结构缺陷和化学元素的电子效应以及缺陷间局域相互作用量子效应,同时也直接关联与宏观尺度固体弹性力学理论的分析计算,是一种典型的多尺度—跨层次问题。基于格林函数力匹配的多尺度方法,可解决量子力学与经典弹性力学间空间尺度和物理层次上的跨越。Ni基单晶高温合金的Y相中可以固溶大量的难熔元素以提高合金蠕变强度。并且大量的实验证实,在合金蠕变的初始阶段和稳态阶段,位错主要集中在Y通道内运动,因此在合金的Y相中存在大量的位错-溶质复合体。我们将多尺度格林函数方法应用到Ni基合金Y相中以此来预测化学元素的固溶强化效果,并实现了在一个合金体系中由量子力学的电子问题到宏观强度的理论预测。Ta是合金γ’相的重要形成元素,在γ相中浓度很小,和其他偏聚于γ相的元素一起,我们对Ta在Y相中的强化效果做一个试探性研究,以期探索影响固溶强化的关键因素。基于格林函数多尺度方法,我们首先得到了Ni基合金γ相中位错芯的平衡构型,并对位错芯处掺杂原子(Ta,W,Re,Mo)和位错的相互作用进行高通量并发式第一性原理计算,结果表明Ta与位错的相互作用最强。而将相互作用能分解为应变能和化学能后,则发现Re与位错的化学作用最强,对位错-溶质复合体的电子结构分析也说明,在与位错的相互作用中,Re的化学活泼性要好于其他的溶质原子。将量子力学与经典弹性力学两个尺度上的相互作用能相结合,采用统计平均方法,我们预测了在OK下以及有限温度下合金元素(Ta,W,Re,Mo)的强化效果。低温情况下,Ta的强化效果最好,所预测强度值和趋势也和实验值相吻合。和电子结构分析相比较,我们得出结论:尺寸效应是影响低温下固溶强化的主要因素。在不同蠕变阶段,元素对合金的强化机制是不同的。在高温蠕变下Re表现出的优异的蠕变抗力,我们认为这与化学元素的电子结构相关。另一方面在实际合金中Re主要偏聚在Y相中,在γ相中浓度较大,这都会促进Re在高温下的抗蠕变能力。