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Cu-Ni-X、Cu-Ti-X系合金作为代表性的环保弹性铜合金,是潜在的铍青铜替代材料。由于传统研究材料的实验方法效率较低,一次只能研究一种或几种成分的合金,在一定程度上阻碍了 Cu-Ni/Ti-X系合金的研究与发展。本工作应用高通量实验研究方法,对Cu-Ni/Ti-X系铜合金的组织形貌与成分-性能关系等进行了系统研究。本工作根据拟研究的铜合金体系,采用真空电子束焊接、热等静压等加工手段成功制备了 Cu-Ni-Ti-Cu25Al-Cu35Sn多元扩散偶试样,在不同条件下对试样进行扩散热处理。并采用光学显微镜OM、扫描电子显微镜SEM、电子探针EPMA、纳米压痕仪DPI、能谱仪EDS和波谱仪WDS等测试手段以及热力学计算方法对扩散偶试样金属界面扩散层的形貌、固相析出序列和成分-性能关系等展开研究,取得主要研究成果如下:(1)针对课题过去多元扩散偶研究工作中的试样制备成功率低、研究对象单一的情况,对多元扩散偶包套形状、内部构件和合金界面排布进行了结构设计与改造,经过多次改良,显著提高了多元扩散偶的制备成功率,成功制备了界面结构复杂的Cu-Ni-Ti-Cu25Al-Cu35Sn多元扩散偶试样。实现了单一试样上进行Cu-Ni-Ti、Cu-Ni-Al、Cu-Ti-Al、Cu-Ti-Sn等多个铜合金体系进行高效研究的目的。(2)在600℃、650℃、700℃下分别进行100h、200h、400h扩散热处理后的多元扩散偶试样中,Cu、Ni、Ti、Cu25Al和Cu35Sn各部件在界面处实现了较理想的冶金结合,在界面处形成了明显的扩散层。扩散层的厚度由扩散系数和反应速率共同决定,随着温度和时间的变化,各亚层的相对厚度也有所变化。不同金属界面呈现显著不同的组织形貌,由于不同金属元素的扩散速率不同,在一些金属界面的扩散层边缘观察到了柯肯达尔空洞。(3)归纳了金属界面固相析出的判据,采用CALPHAD相图热力学计算得到:在600℃、650℃条件下,Cu-Ni界面处仅有fcc_Al相的过渡层,Cu-Ti界面固态相序列自Cu端至Ti端应为Cu4Ti→Cu4Ti3→CuTi→CuTi2的过渡层,Cu-Sn界面过渡层自Cu端到Sn源端可能为FCC_Al→D03_Cu3Sn/Cu3Sn。同时,预测了在Cu-Ni-Ti和Cu-Ti-Sn三元体系扩散界面处可能出现的固相组成。(4)通过高分辨测试实现了对多个二元或三元铜合金体系成分-弹性性能关系的高通量表征。针对二元体系的研究结果表明,热处理温度对体系弹性模量的影响较小,主要与相组成和成分有关。Cu-Ni合金体系的硬度和弹性模量数值的变化与Ni含量变化趋势基本一致;Cu-Al体系在fcc(Cu)区域,弹性模量和硬度随着Al含量的升高逐渐缓慢升高,Cu3Al化合物的弹性模量较低;Cu-Ti合金体系的弹性模量和硬度在fcc(Cu)区域随Ti含量增加而增加,在hcp(Ti)相区弹性模量随Ti含量增加而降低,而在Cu4Ti3和CuTi相区弹性模量变化不大;Cu-Sn体系中,弹性模量值的变化与Cu的成分变化接近正相关关系。(5)针对Cu-Ni/Ti-X三元体系的研究结果表明,650℃和700℃两个热处理温度下的Cu-Ni-Cu25Al界面扩散层可分为三个亚层:在(Cu,Ni)3Al相层,随Cu含量降低和Ni、Al含量的增加,体系的弹性模量和硬度数值逐渐增大,在结构较为复杂的三元相区中,成分和弹性模量、硬度数值都随着测试点位置的变化而发生不同程度的波动,在fc℃(Ni)扩散层中弹性模量值随Ni含量增加小幅上升;经700℃热处理后的Cu-Ti-Cu25Al体系界面的扩散层可分为4个区域:AlCu2Ti三元化合物层、CuTi单相区、CuTi2单相区、hcp(Ti)固溶体层,其中AlCu2Ti三元化合物的硬度和弹性模量值最大,分别为190GPa和6GPa;Cu-Ni-Ti体系的弹性模量与硬度的变化趋势基本一致,化合物和纯物质的弹性模量较固溶体略高;经700℃热处理后Cu-Ti-Sn体系的扩散层可以分为五个亚层区域,体系在两相区的弹性模量和硬度值的变化趋势受Sn含量影响较大。