本论文首先简单介绍了原子间作用势的类型及其在材料科学中的应用、以及文中采用的主要研究方法:多体势、第一性原理计算和分子动力学模拟。其次,在前人研究的基础了提出了两种新的多体势形式,即扩展型FS多体势和一种长程经验多体势(LREP)。扩展型FS势继承了原FS势形式简单、容易使用的特点,克服了原FS势近距离内“偏软”和适用范围小的缺点。LREP势则克服了已有短程多体势或长程多体势在预测结构稳定性、描述力和能量时遇到的问题。两种多体势都适合描述bcc、fcc金属及其合金中原子间的相互作用。第三,利用扩展型FS势、分子动力学、第一性原理计算和分子静力学等方法研究了Ni-Nb和Ag-X (X=Mo,Nb,Ta,W)五个二元金属系统中亚稳合金相的形成及微结构特征。得到了以下结果:(1)预言了五个系统的非晶形成范围;(2)揭示了Ni-Nb金属多层膜界面非晶化过程中的非对称生长现象;(3)预测了Ag-Ta和Ag-W两个系统中3:1、1:1和1:3三个成分点亚稳晶相的结构稳定性;(4)发现Ag-W非晶态合金中存在中等程度的原子偏聚。第四,建立了三元金属系统的第一性原理计算辅助构建多体势方法,利用光滑TB-SMA势、LREP势和分子动力学方法研究了Ni-Hf-Ti系统中的固态非晶化及Ag-Cu-Ni系统中的液固相变。得到以下结果:(1)预言了Ni-Hf-Ti三元系统的非晶形成区域和Ni、Hf、Ti原子对Ni-Hf-Ti三元合金非晶形成能力的影响;(2)研究了淬火速率、成分对Ag-Cu-Ni三元合金结晶和玻璃化的影响,得到结晶和玻璃化的临界淬火速率是4×101 2K/s;(3)通过计算Ag-Cu-Ni三元合金的化学微观不均匀度,发现Ag-Cu-Ni三元合金中存在原子偏聚现象,偏聚强度随着淬火过程中温度的降低以及淬火速率的降低而增强。最后,建立了利用原子间作用势和分子静力学计算二元及三元金属系统形成热的方法,利用这种方法计算了15个fcc-fcc二元金属系统和4个fcc-fcc-fcc三元金属系统的形成热,计算结果与实验值或第一性原理结果符合得很好。计算结果还表明,本文提出的方法比二元Miedema模型、Johnson多体势方法以及三元扩展Miedema模型具有更高的计算精度。