铜合金研发的核心问题是导电与强度的矛盾,强度的提升一般会同时降低导电性,这两种性能都与化学近程序结构特征相关。本论文在理解合金的导电原理和强化机理的基础上,以Cu-Ni-Mo合金为例,以化学近程序结构作为合金化所带来的电阻率和强度增量的结构根源,研究固溶体铜合金的导电性能和强度的定量关联。结合本课题组前期工作,利用团簇加连接原子模型实现了对近程有序结构的描述,以此模型作为电阻率和强度关联性的桥梁,试图找到能够反映合金本质属性的特征参量,将此特征参量应用于铜合金的成分性能分区中,可以成为铜合金选材的理论依据。本论文具体的工作内容涵盖以下三个方面:(1)首先,基于化学近程有序模型分析了 Cu-Ni-Mo合金的电阻率产生机理,并利用此团簇模型建立了电阻率与成分间的定量关系。因为固溶体合金的团簇加连接原子模型只限于第一近邻和次近邻原子之间的相互作用,极大简化了对化学近程序结构的描述,通过引入三元面心立方铜基合金Cu-Ni-Mo固溶体的团簇模型[Mo1-Ni12],定量确定了表述电阻率与溶质浓度关联的Matthiessen定律的具体形式。具体来说,随着添加Mo/Ni值的变化,通过模型的引入可以将固溶体合金的组织状态分为完全的团簇固溶态(Mo/Ni=1/12),多余Ni固溶于铜基体(Mo/Ni<1/12)和多余Mo从铜基体中析出(Mo/Ni>1/12)三种结构状态,分别考虑这三种状态对电阻率的贡献,它们的影响都是基于合金化所带来的电阻率的增量,从而定义这部分增量为本文研究的剩余电阻率,最终建立了剩余电阻率和合金成分间的定量关系,Cu-Ni-Mo合金的剩余电阻率可以表示为这三种散射中心的贡献,通过对电阻率的实验数据解析,给出相应的三种结构状态的附加电阻率分别为1.08、1.21和0.09(× 10-8Ω·m),验证了近程序团簇结构[Mo1-Ni12]的存在和在计算电阻率方面的有效性,拓展了团簇加连接原子模型在合金性能计算中的应用。(2)其次,通过理论分析由于合金化对Cu-Ni-Mo合金所产生的强化效应,发现强度和电阻率的变化具有结构同源性,其根源都在于基体中化学近程序结构的形成,因此基于化学近程有序团簇模型可以解析Cu-Ni-Mo合金强度(硬度)的定量计算问题。具体讲,根据近程序团簇模型,我们把由于合金化带来的强化效果归为固溶和析出两部分的贡献。当溶质原子完全以近程序团簇[Mo1-Ni12]固溶在Cu基体中,即合金呈理想的团簇固溶状态时,我们仿照前面的剩余电阻率ρR引入剩余硬度HR的定义,将电阻率的单位统一为10-8Ω·m;维氏硬度单位为Kgf mm-2,得出剩余硬度和剩余电阻率一样均随团簇溶质总量线性变化,1at.%团簇溶质增量带来的硬度增量为1.50 HV,进而可以去除它们的公共溶质总量项,得到剩余电阻率ρR在数值上是剩余硬度HR的0.72倍。这里,我们定义反映固溶态下合金化带来的剩余硬度和剩余电阻率协同变化的新参数HR/ρR,HR/ρR=1.50/1.08≈1.39,这是表征该合金体系的一个特征值,与合金具体成分无关。进一步综合分析合金的强度和电阻率,对Cu-Ni-Mo合金的性能作出定位。(3)最后,以Cu-Ni-Mo合金的电阻率和强度的定量分析作为基础,定义了对应结构状态的抗拉强度/电阻率的新性能参量“强阻比”,代表着该体系合金本质特性,实现了对铜合金的成分性能分区。导电铜合金的组织特征是固溶母相加时效析出,母相态的固溶体呈现化学近程序结构,通过模型的引入得到了对应固溶和析出态各自对电阻率和强度的定量贡献。以Cu-Ni-Mo合金为例,在完全固溶态的强阻比为7X 10~8 MPa/Ω·m,在完全析出态的强阻比下限为310X 10~8 MPa/Ω·m。深入解析这一参量的物理意义,发现人们对材料导电性能分类中公认使用的电导率50%IACS数据的来源。随后应用这个强阻比参量在强度-电阻率图上,实现了对常用铜合金的性能分区,即Cu-(Cr,Zr,Mg,Ag,Cd)等基础体系适用于高强高导应用,而Cu-(Be,Ni,Sn,Fe,Zn,Ti,Al)等为基础的材料体系不能实现高强高导,两个区域被该线完全分隔。虽然这个特征强阻比值来自Cu-Ni-Mo合金,通过分析区分高强高导与结构用途铜合金的310×10~8 MPa/Ω·m特征强阻比的物理根源,说明该特征值恰恰构成了高强高导铜合金与其它用途铜合金的分界线,该强阻比为310×10~8 MPa/Ω·m的特征性能分界线的发现为合金性能的全面评估提供了量化依据,由于其与成分无关,属于合金体系特性,能有效指导高强高导铜合金的选材和研发。