铸造多元Al-Si合金是目前应用较为广泛的活塞合金,随着发动机行业的发展,对活塞合金材料也提出了更高要求。Al Cu Ni相是活塞铝合金中的主要高温强化相,Al Cu Ni相的稳定性研究以及热处理过程中的相变研究对活塞铝合金性能研究有重要的意义。前期研究发现,对合金进行高温再时效处理后,Al Cu Ni相发生粒化,合金的疲劳寿命提高了四倍。高温再时效过程中加速了Cu原子在合金中的扩散,合金的组织与性能变化与Cu原子的扩散有关。本文系统地研究了高温时效条件下Cu原子在Al-Si合金中的扩散行为,深入探讨了高温时效过程对Al Cu Ni相的影响。本文首先制备了Al-x Si/Cu扩散偶,对其进行扩散热处理,研究Cu原子在Al-Si二元合金中的扩散现象及Si含量对Cu原子扩散速率的影响,在此基础上以Al-Si-Cu-Ni-Mg合金为模型合金,对其进行热暴露处理,研究了Cu原子在含Cu相中的扩散。该研究可以为活塞合金高温强度研究提供理论和实验依据。本文主要研究内容与研究方法如下:（1）使用固液接触法制备Al-x Si/Cu（x=0、7、12、18）扩散偶,并对其分别在350℃和425℃下进行50h、75h和100h的高温时效处理。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试手段研究了扩散界面,发现界面出现了Al Cu₄、Al Cu₃、Al₄Cu₉和Al₂Cu四层扩散层。当Si含量从0wt%增至12wt%时,扩散层厚度不断增加,当Si含量增至18wt%时,扩散层的厚度不增反降。保温温度的升高和保温时间的延长都会使得扩散层厚度增加,经拟合后发现,扩散层厚度与扩散时间的开方成正比。结合Pandat软件绘制的相图发现,Cu原子在Al-Si二元合金中的扩散途径有三条,随着Si含量的提高,不同扩散途径占主导作用从而影响Cu原子的扩散速率;（2）制备不同Cu、Ni含量的Al-Si-Cu-Ni-Mg模型合金,在350℃和425℃条件下分别对其进行不同时间的热暴露处理,布氏硬度测试结果表明,随着Cu、Ni含量的提高,合金的硬度逐渐提高,随着热暴露时间的延长,合金的硬度逐渐降低。利用光学金相、扫描电镜、能谱分析、透射电镜等手段研究了合金中含Cu相的演变,结果表明,热暴露后合金中的Al Cu Ni相粒化,合金布氏硬度的下降与Al Cu Ni相的这种变化有直接的关系。通过对Al₃Ni相进行原位追踪观察发现,热暴露过程中合金中的Al₃Ni相由边界向芯部逐渐转变为Al₃Cu Ni相。在高Cu、Ni含量的合金中发现,热暴露后Al₃Cu Ni的界面上析出了大量的锯齿状新相,随着时间的延长Al₃Cu Ni相粒化,TEM分析结果表明,Al₃Cu Ni相界面处析出的锯齿状新相为Al₇Cu₄Ni相,在Al₃Cu Ni相与Al₇Cu₄Ni相之间有一个明显的过渡层,说明Al₃Cu Ni相向Al₇Cu₄Ni相的转变是由扩散控制的,同时发现新析出的Al₇Cu₄Ni相附近基体中的Cu含量随着与Al₇Cu₄Ni相的距离的增加而减少。（3）对两种不同Cu、Ni含量的模型合金分别进行350℃和425℃的50h、100h和200h的热暴露后分别进行350℃、25MPa的蠕变性能测试,利用扫描电镜对蠕变断口和蠕变后损伤组织进行观察分析。蠕变测试结果表明,Cu、Ni含量较高的合金抗蠕变性能优于Cu、Ni含量较低的合金。经热暴露处理后合金的抗蠕变性能降低,且随着热暴露时间的延长和温度的提高,合金的蠕变寿命逐渐降低。损伤组织的观察发现,相较于铸态,热暴露处理后的合金试样中的微裂纹数量更多且尺寸更大,这些微裂纹主要在硅相附近,说明热暴露处理会降低基体与硅相的结合能力从而使得合金在蠕变过程中更容易发生断裂。