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基于环境保护和节约能源的目的，轻质材料的开发在近年来受到广泛关注。在各种轻质材料中，镁锂合金由于具有低密度，高比刚度和比强度，良好的阻尼减震性能、电磁屏蔽能力和切削加工能力，易于回收等一系列优点，可以作为在军事、航空航天、交通、电子等领域上应用的理想结构材料。然而，镁锂合金在应用上还有一些尚待解决的问题，基本的合金体系如Mg-Li-Al系、Mg-Li-Zn系的组织及性能稳定性较差，因此针对镁锂合金性能不稳定这一问题，有必要对这些合金体系进行进一步的研究，通过添加合金化元素和改善时效处理工艺等手段来提高材料性能，获得优质的超轻镁锂基合金。本论文采用真空感应熔炼的方法制备了具有α单相的Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金，系统地研究了Cu元素添加对铸态和挤压态合金显微组织及力学性能的影响规律，并在此基础上，对Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金的固溶时效过程进行了更深入的研究，揭示了合金时效析出行为的机理。研究结果表明：1、随着Cu含量的增加，Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中生成的AlCuMg和Al2Cu相逐渐增多，而层片状的共晶组织（α-Mg相+AlLi相）则相对减少；铸态Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金的最大抗拉强度、屈服强度、延伸率和布氏硬度均随着Cu含量的增加而增加，当Cu含量增加到2%时，合金表现了良好的综合力学性能。2、经热挤压后，铸态Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中的共晶组织（α-Mg相+AlLi相）被挤压成更小的共晶组织，晶界上的AlCuMg相也被挤碎，合金晶粒明显细化，形成典型的(0002)基面织构。挤压后的Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金有较好的力学性能，并且随着Cu含量的增加，合金的力学性能提高，其强化机制有三种：一是晶粒细化，对位错运动的阻碍作用增大；二是形成(0002)基面织构，(0001)<1120>基面滑移被禁止，提高屈服强度，同时非基面滑移被激活，延伸率提高；三是被挤碎的第二相粒子越多，对变形的阻碍作用越大，合金强度越高。3、随着固溶温度的升高，Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中的AlLi相逐渐溶解进入α-Mg基体中，而AlCuMg和Al2Cu相不发生溶解，在390℃×5h固溶处理后，AlLi相溶解的最彻底，完全溶解进入合金基体当中，α-Mg相的晶格常数a和c的数值下降；Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金硬度随着固溶温度增加而逐渐升高，不同固溶处理温度下的硬度变化是强化和软化共同叠加作用的结果。4、自然时效处理对Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中AlLi相的析出没有太大影响，而人工时效处理使Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中的AlLi相以非连续和连续形式从过饱和固溶体中析出。非连续型AlLi析出相呈层片状分布于合金晶界附近，连续型AlLi析出相在晶粒内部析出。时效处理温度不同，Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金中AlLi相从过饱和固溶体中析出的时间也不相同。随着时效时间的延长，受晶界扩散控制的非连续型AlLi相会停止析出，而受体积扩散控制的连续型AlLi相开始析出。在时效处理过程中，Cu元素的添加具有抑制Mg-5Li-3Al-2Zn合金中非连续型AlLi相时效析出的作用。5、时效过程中Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金的连续型析出相从电子束平行于α-Mg相的[0001]方向上观察有三种形貌：盘片状、板条状、非对菱片状，而从[2110]方向上观察有少量盘片状形貌和大量针状的形貌；在150℃时效438h时，合金中的连续型析出相与α-Mg基体的位相关系为：(0001)α//(110)p，[1210]α//[111]p。HRTEM分析表明，在150℃时效438h时，合金中析出的盘片状、板条状和非对称菱片状析出相与基体界面之间均出现了原子紊乱层，并且基体与析出相在[220]和[111]方向上有不同的晶格条纹，因此，析出相与基体之间的关系为非共格关系。6、时效温度不同，Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金的硬度-时间曲线变化趋势不同。自然时效下，合金的硬度随着时效时间的增加一直呈上升趋势；100℃时效时，合金的硬度-时间曲线中仅仅出现一个硬度峰值；在150℃和200℃时效时，硬度-时间曲线中均出现双峰现象。随着时效温度升高，Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金时效初期的硬度曲线孕育期变短，硬度峰值下降，达到时效硬度峰值的时间提前。与不含铜合金相比较，Cu添加延后了到达时效硬度峰值的时间，抑制了过时效现象。