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Al-Zn-Mg-Cu合金作为一种高强变形铝合金，广泛应用于航空及民用工业等领域。尽管国内外对该系合金已经展开了较长时间的研究并取得了不少成果，但在合金的成分设计、微观组织控制与性能预测方面，尤其是沉淀相的析出和演化规律方面仍不够系统深入。
本文利用热力学计算软件JMatPro和相应的铝基合金数据库，研究了结合正交试验设计出的25种合金的化学成分对平衡相析出行为的影响，依据极差分析结果讨论各平衡相的主要影响因素和变化趋势，并采用合理的模型对典型合金的力学性能和热物理性能进行模拟，通过实验测试验证模拟结果的准确性。结果表明:Zn含量和Zn/Mg值的增加促进了室温下合金中强化相η(MgZn2)相的生成，Cu/Mg值的升高会导致S(Al2CuMg)相的大量析出，Mg含量作为影响T(AlZnMgCu)相析出最主要的因素，会影响时效过程中η相向T相的转变。经过成分优化可知，在Zn含量为6.7wt％，Mg含量为2.2-2.5wt％，Cu含量为1.6-2.0wt％的范围内，室温下生成η强化相的含量达到8.7-9.2wt％，并控制S相和T相的生成含量低于0.5wt％。通过对合金力学性能和热物理性能的模拟，发现成分在Zn含量为6.7wt％，Cu含量为1.9wt％，Mg含量为2.7wt％时具有较高的强度，Cu或Mg含量过高都会导致合金强度显著降低，同时在一定范围内控制合金中Mg元素含量并适当提高Cu元素含量，有利于改善合金的抗应力腐蚀能力和导热性能。强度和电导率的测试结果也进一步验证了性能预测的可靠性。
制备了四种Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金，结合热力学计算结果和实验分析确定Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的制备与加工方法。实验表明，均匀化退火工艺可以有效改善元素偏析的现象，同时参考热力学分析结果，选择在合适的加工窗口进行轧制变形处理。依据合金亚稳相的计算和析出动力学的评估结果，设计合金的固溶时效工艺为:经过470℃/1h固溶淬火后，依次进行120℃/24h的预时效处理，180℃/2h的回归处理和120℃/24h的再时效处理。
通过对四种Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的微观组织分析后发现，在Zn/Mg值较高并且Cu含量较低的两种合金（A3和A4）中，铸态和均匀化退火态下析出η相含量较多，粗大S相的含量则较少。TEM分析铸态合金中η相形貌及所占的体积分数与之前的计算结果相吻合。轧制与固溶处理后的两种合金（A1和A2）中仍残留一些压碎的S相和Al7Cu2Fe相沿轧制方向排列，并出现一些细小的再结晶晶粒。预时效处理后，合金晶内析出了细小的弥散相，晶界处呈连续分布。经过完整的回归再时效后，晶内重新析出弥散的GPZone或者η相，而晶界处断续分布的析出相和较宽的PFZ，有助于保持强度的同时提高合金的抗应力腐蚀性能。