亚偏晶Cu-Pb-Sn合金具有由硬Cu-Sn固溶体基体和软富Pb第二相（Secondary phase particles,SPPs）组成的两相结构。分布在基体中的低熔点SPPs在摩擦过程中受热熔化,将于摩擦表面形成一层液态润滑层,起到大幅降低摩擦系数的作用。由于该合金具有优越的自润滑性能和较高的强度,被视为制备高速重载发动机轴瓦的理想材料。然而,目前国内该类轴瓦完全依赖进口,其主要原因为Cu-Pb-Sn属于偏晶合金,合金中的SPPs在凝固过程中极易受到成分起伏、温度梯度、凝固前沿迁移等因素的影响而呈现截然不同的尺寸、分布及形貌,将严重影响合金的性能,且会极大增加合金的制备难度。截至目前,关于偏晶合金的研究主要集中于过偏晶合金的液-液两相分离现象,对亚偏晶合金凝固行为及性能研究甚少,而针对具有较高应用价值的亚偏晶Cu-Pb-Sn合金的研究更是鲜有报道,这极大限制了高性能Cu-Pb-Sn合金的工业应用。鉴于此,本文以在高速重载发动机轴瓦中应用占比较高的Cu-24Pb-xSn（wt.%）合金作为研究对象,以成分-组织-性能为研究路线,首先通过调节Sn含量制备得到具有不同凝固组织的Cu-24Pb-xSn合金,并通过热力学和相图计算阐明合金成分与凝固组织的对应关系。进而得到优化的合金成分。进一步研究Sn含量对合金性能的影响,通过凝固组织观察与性能表征,揭示合金凝固组织和性能的对应关系。通过实验得到能稳定制备高性能Cu-Pb-Sn合金的优化工艺参数,并借助相场模拟方法阐明相关工艺参数对合金组织演变过程的影响机制。最终,在以上研究的基础上,自主研发固-液连续铸造工艺制备Cu-Pb-Sn合金/钢（Cu-Pb-Sn/Steel,C/S）层状复合材料。得到的主要研究结果如下:（1）实验研究了 Sn含量对Cu-24Pb-xSn合金凝固组织的影响。发现随着Sn含量由0 wt.%增加至6 wt.%,合金中的SPPs逐渐由连续网状结构转化为直径约几微米的弥散球棒状结构。而随着Sn含量达到8 wt.%,合金中出现直径达数百微米的异常粗化SPPs。因此得到Sn含量的合理范围为0 wt.%至6 wt.%。（2）通过热力学函数、B-T（Bhatia-Thornton）熔体结构因子及相图计算揭示了 Sn含量对SPPs形貌演变过程的影响机制。发现随着Sn含量由0 wt.%升高至6 wt.%,组元Cu、Pb之间的分离趋势减弱,体系偏晶反应强度降低,Cu-Pb-xSn伪二元相图中由富Cu基体液相（L1）、富Pb第二相液滴（L2）及α-Cu固相（S）组成的三相共存相区的温度区间变宽,由Cu-Pb体系中的0K增加至Cu-Pb-6Sn体系中的100K。以上因素将抑制SPPs的偏聚,从而促进SPPs由连续网状结构向弥散球棒状结构转变。同时,Sn含量的增加也会导致Cu-Pb-Sn体系中偏晶点处Pb含量的下降。当Sn含量超过临界值而达到8wt.%时,Cu-24Pb-8Sn合金转变为过偏晶合金,合金凝固过程中会发生液-液两相分离,导致异常粗化SPPs的形成。因此,Sn含量的增加一方面能促进弥散球棒状SPPs的形成,另一方面又会增强体系发生液-液两相分离的趋势。（3）对Cu-24Pb-xSn合金进行拉伸及干摩擦实验,发现Sn含量会显著影响合金的力学及自润滑性能。随着Sn含量由0wt.%增加至6wt.%,Cu-24Pb-xSn合金的布氏硬度、抗拉强度及延伸率分别由Cu-24Pb合金的30.68HBS、80MPa及2.288%同时提升至Cu-24Pb-6Sn合金的59.34HBS、171MPa和3.889%。Cu-24Pb合金的摩擦系数μ的平均值μ和波动强度ω分别达到0.334和1.369,在干摩擦过程中呈现显著的粘滑现象。而Cu-24Pb-6Sn合金的μ和ω值则降至0.182和0.116,粘滑现象受到明显抑制。进一步揭示了造成以上现象的主要原因,由于Cu-24Pb合金中的网状SPPs在塑性变形过程中易发生断裂,会对基体产生割裂作用,从而严重降低了合金的力学及自润滑性能。（4）实验研究了浇铸温度对Cu-24Pb-2Sn合金中SPPs形貌的影响,得到了能稳定制备具有弥散球棒状SPPs的Cu-24Pb-2Sn合金的优化工艺参数。研究发现随着浇铸温度由1233K升高至1273K,合金中的SPPs由连续网状结构转变为弥散球棒状结构,而当浇铸温度进一步升高至1313K时,合金中发生SPPs异常粗化现象,部分SPPs的直径达数百微米,且合金凝固组织中观测到由液-液两相分离现象导致的Cu/Pb/Cu核壳结构。基于以上研究,通过自主研发的固-液连续铸造复合工艺制备出了具有不同形貌SPPs的C/S层状复合材料。得到了能稳定制备具有弥散球棒状SPPs及良好复合界面的C/S层状复合材料的优化工艺方案。（5）借助相场模拟及相图计算方法揭示了浇铸温度对SPPs形貌演变过程的影响机制。发现在相对较低的浇铸温度下（1233K）,体系固相率较高（约为24%）,初生α-Cu具有平坦晶界,凝固前沿区域的熔体中的Cu组元倾向于依附α-Cu晶界形核生长,而组元Pb则向远离界面区域快速偏聚,促进网状SPPs于晶界间隙中形成;随着浇铸温度升高（1273K）,体系固相率下降（0%）,α-Cu晶界呈胞状结构,凝固过程中胞状界面的波谷处出现组元Pb的局部富集,而胞状界面的波峰区域能有效阻断Pb的偏聚,有利于球棒状SPPs的形成。随着浇铸温度进一步升高（1313K）,凝固前沿温度梯度增大,凝固过程中SPPs的Marangoni迁移速率增大,由靠近铸型壁的低温区域向芯部高温区域迁移。在迁移过程中SPPs通过碰撞凝并迅速粗化。同时,随着区域温度升高,Cu在Pb中的固溶度增加,SPPs内部熔体进入难混溶区,体系发生液-液两相分离现象,进一步加剧了 SPPs的粗化。