高强高导铜合金具有优良的综合物理性能和力学性能,是现代电子信息、电力、能源、机械等产业发展的关键功能材料。在高强高导铜合金中,Cu-Fe复合材料以其优异的性能和低廉的成本,受到研究者的广泛关注。本论文在国家高技术研究发展计划项目(863计划,No.2007AA03Z519)、东北大学基本科研业务费项目(No.100609004)和博士学位论文资助课题的资助下,针对控制凝固组织和热处理这两种有效调控Cu-Fe复合材料综合性能的方法,分别施加电磁搅拌和强磁场这两种外加磁场,来研究电磁搅拌对Cu-Fe合金凝固组织及其形变后显微组织和性能的影响。又研究了强磁场退火热处理对Cu-Fe复合导线显微组织和性能的影响。并从Cu-Fe复合导线复杂的相变中选取α-Fe颗粒相生长和析出过程,深入研究了强磁场对这两种基本固态相变的影响规律。电磁搅拌对Cu-Fe合金凝固组织影响的研究表明,Fe元素本身对Cu合金具有很好的细化晶粒作用,且此细化作用与Fe元素的含量有关。电磁搅拌可以进一步细化低Fe成分的Cu-Fe合金晶粒,对高Fe成分Cu-Fe合金晶粒的细化作用有限。电磁搅拌可以有效破碎Fe枝晶,细化Fe枝晶臂的尺寸和间距。但是,当搅拌电流超过100A时,剧烈的搅拌强度造成大量的Fe偏聚在铸锭表面,因此合理的电磁搅拌电流为100A。根据显微组织的遗传性,电磁搅拌可以通过细化Cu-Fe合金的凝固组织,来间接细化形变后Cu-Fe合金或复合材料的显微组织。实验结果表明,电磁搅拌作用下制备的Cu-2%Fe合金在形变过程中保持着较小的晶粒尺寸；电磁搅拌制备的Cu-6%Fe(原配比8%Fe)合金在形变后,复合材料的纤维间距、厚度和宽度也得到细化。随着Fe含量的增加,Fe纤维的数量随之增加,间距减小。电磁搅拌制备的形变Cu-2%Fe合金和Cu-6%Fe复合导线具有更高的强度。随着Fe含量的增加,复合导线的强度也随之显著增加。电磁搅拌对形变Cu-Fe合金或复合材料的导电率的影响不显著。在合适的电磁搅拌强度下,可以制备出高质量的Cu-Fe合金,并显著提高形变后Cu-Fe合金或复合导线的综合性能。强磁场退火处理研究表明,Cu-12.8%Fe复合导线在450℃强磁场退火时,随着时间的延长Fe纤维的间距和形貌没有显著的变化,强磁场对Fe纤维间距、形貌和Fe固溶度的影响不显著。在700℃强磁场退火时,随着退火时间的延长Fe纤维出现严重的热失稳,施加强磁场可增大Fe纤维的间距、加速纤维的热失稳过程、促进Fe颗粒的重溶。在450℃退火时,Cu-12.8%Fe复合导线的导电率逐渐增加,抗拉强度则随着退火时间逐渐降低；强磁场对450℃退火时的导电率和强度的影响不显著。在450℃这一较佳温度下进行热处理时,强磁场对Cu-Fe复合导线的显微组织、力学性能和导电率的影响不显著。在700℃退火时,复合导线的导电率和强度都随着退火时间增加而逐渐降低,施加强磁场降低了复合导线的导电率和强度。Fe纤维的热失稳研究表明,对于大形变量的Fe纤维,由于其在横截面上具有很大的宽厚比w/t和较大的晶界能和界面能的比值γB/γs,纵向晶界开裂是最主要的热失稳方式。纵向晶界开裂使带状的Fe纤维逐步转变成一系列圆柱状的Fe纤维。随后,圆柱状Fe纤维将同时进行断裂、生长和粗化等热失稳过程。圆柱状Fe纤维断裂的时间可以用Rayleigh扰动来拟合。受生长过程的影响,700℃退火时,圆柱状Fe纤维半径的长大速率明显大于Ostwald熟化理论的计算值。Cu-Fe复合材料导电机制的研究表明,在假设声子和位错散射对Cu基体电阻率的贡献为定值的前提下,杂质散射电阻率ρimp为Cu-Fe复合材料主要的影响因素。退火温度低于500℃时,纤维间距的增加和单位体积内相界面的减少导致电阻率的缓慢降低。温度高于500℃时,Cu基体内Fe固溶度的快速增加直接导致复合材料电阻率的上升。强磁场作用下α-Fe颗粒生长过程的研究表明,α-Fe颗粒相和Cu基体的取向关系为典型的K-S关系,即(111)f/(101)b,[101]f//[111]b,[121]f//[121]b。α-Fe颗粒生长后呈板条状,其生长方向与密排方向[101]f//[111]b的夹角在8～9°间,并可以用不变线应变模型来计算。强磁场不改变α-Fe与Cu基体的取向关系、惯习面和生长方向等晶体学特征。当强磁场的方向近似平行于α-Fe颗粒的长轴方向(或生长方向)时,可以促进α-Fe颗粒的生长；当磁场方向近似垂直于生长方向时,对其生长没有影响。强磁场作用下过饱和Cu-2%Fe合金时效过程的研究表明,450℃时效处理后,Fe元素以极其细小的共格γ-Fe颗粒形式析出,此时强磁场对γ-Fe颗粒的尺寸没有明显的影响。在700℃时效处理后,析出相为较大尺寸的共格γ-Fe颗粒,并随着颗粒的生长,从其界面处释放出来大量的错配位错,此时强磁场可以显著增加时效后析出相的尺寸。强磁场对450℃时效后Fe元素的固溶度和导电率的影响不显著,但在700℃时效后强磁场促进了Fe元素的析出,进而减低了Fe元素的固溶度、增加导电率。