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近年来,随着科学技术和现代工业的迅猛发展,特别是微电子工业中电子产品的小型化和集成化,对Cu合金的性能提出了更高的要求。目前,高性能Cu基合金的研究和开发工作包括核心制备技术、高品质产品和主要效益增长点等已经成为国内外学术界和产业界共同关注的焦点。相图作为材料设计的“地图”,对高性能铜合金材料的开发具有重要的指导意义。两相分离是由相之间的不相容性而导致的客观现象,是一些Cu基合金体系的基本特性,也广泛存在于其他金属、陶瓷和高分子材料体系中,对材料的组织和性能有着显著的影响。目前,利用两相分离的特性,设计并开发新型Cu基合金已显示出重要的理论研究意义和实际应用价值。 针对目前两相分离型Cu-(Co,Cr,Mo,V,Ni)基合金系中相图信息匮乏以及新型合金开发工作有限的现状,本研究主要通过合金法和扩散偶法对两相分离型Cu-(Co,Cr,Mo,V,Ni)基三元系的相平衡及相变进行了实验测定,并利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagrams)方法对上述三元系的相图进行了热力学优化与计算,并建立了两相分离型Cu基合金相图热力学数据库。在利用该相图热力学数据库进行合金设计的基础上,开展了两相分离型Cu基合金的组织控制与性能研究等。本研究的主要内容如下: (1)通过合金法,利用显微组织观察、电子探针(EPMA)成分分析及差示扫描量热分析(DSC)等技术实验测定了Cu-Co-Nb(800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃)、Cu-Co-X(X:Si,Zr,Mo,V)(900℃、1000℃、1100℃和1200℃)、Cu-Co-B(1000℃、1200℃和1300℃)、Cu-Cr-X(X:Si,V)(900℃、1000℃、1100℃和1200℃)、Cu-Mo-X(X:Ti,Zr)(800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃)、Cu-V-Si(900℃、1000℃、1100℃和1200℃)以及Cu-V-X(X:Ti,Zr)(800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃)共13个三元系的相平衡。基于本研究得到的实验结果和文献报道的实验数据,利用CALPHAD技术对上述各三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验数据吻合得较好。 (2)通过合金法和扩散偶法,实验测定了Cu-Ni-Mo(900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1300℃)、Cu-Ni-V(900℃、1000℃和1100℃)、Cu-Ni-W(1100℃和1200℃)以及Cu-Ni-Nb(1000℃、1100℃和1200℃)共4个三元系的相平衡,首次发现上述四个三元系在高温下存在稳定的Fcc相分离。基于本研究得到的实验结果,利用CALPHAD技术对上述各三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验数据取得了良好的一致性。此外,还利用获得热力学参数,对Cu-Ni-X(X:Mo,V,W,Nb,Cr,Fe,Co)各三元系中高温下稳定的Fcc相分离的形成原因进行了热力学分析,发现上述各三元系中稳定的Fcc相分离的存在,与Cu-x二元系中Fcc相分离的影响、Ni含量对Cu-Ni-X三元系中稳定Fcc相分离临界温度的影响以及X含量对Cu-Ni-X三元系中Fcc相分离临界温度的影响这三种因素存在密切关系。 (3)在利用两相分离型Cu基合金系相图热力学数据库进行成分设计的基础上,通过气雾化制粉技术在Cu-Co-Fe-Si-Zr-B体系中首次制备了一系列液相分离诱发晶体/非晶复合粉体,其中晶体相为fcc结构的Cu-rich相,非晶相为Co-rich或Fe-rich或(Co,Fe)-rich相。上述晶体/非晶复合粉体的饱和磁化强度值随着Cu含量的增加而减小,随着Fe或Zr的添加而增大。此外,该类型晶体/非晶复合粉体的形成过程是,首先液相分离诱发生成核/壳组织,并在凝固过程中分别形成非晶与晶体。 (4)在利用两相分离型Cu基合金系相图热力学数据库进行成分设计的基础上,通过气雾化制粉技术制备了Cu25Co50Ni10B15(at.％)、Cu60Co15Ni10B15(at.％)、Cu25Ag20Co50Ni10B15(at.％)以及Cu25Ag20Co50Fe10B15(at.％)合金粉体,上述四种粉体均形成了金属/硼化物陶瓷的复合结构。其中在Cu25Ag20Co50Fe10B15(at.％)、Cu25Ag20Co50Fe10B15(at.％)以及Cu5Ag20Co50Fe10B15(at.％)复合粉体中,均只形成核—壳的两层复合组织,核部为体积分数大的相,而壳层是体积分数小且表面能低的相。该类型核—壳两层复合组织的形成,主要受分离后两液相之间的界面能影响。 (5)在利用两相分离型Cu基合金系相图热力学数据库进行成分设计的基础上,首次制备了spinodal强化型(Cu0.54Ni0.46)95Cr5(at.％)以及(Cu0.54Ni0.46)95v5(at.％)电阻合金,其电阻特性与传统的加工硬化型Cu-Ni基电阻合金基本相当。