通过剧烈塑性变形制备的纳米晶和超细晶材料往往具有更为优异的力学性能,而剧烈变形过程中材料的微观组织演变及合金元素的偏析行为对材料的性能具有重要影响,因此,开展合金材料在剧烈塑性变形过程中的组织演变及元素再分布规律研究具有重要意义。本文以四种不同Cu含量(1 wt.%,2 wt.%,4 wt.%和6 wt.%)的二元Al-Cu合金为研究对象,对其进行高压扭转变形处理(1圈,5圈和10圈),并结合硬度测试、电子背散射衍射、透射电子背散射衍射、透射电镜以及三维原子探针等先进分析技术手段,系统地研究了二元Al-Cu合金在不同Cu含量、不同高压扭转圈数下,其微观组织结构及元素空间分布的演变规律。研究结果表明:(1)通过高压扭转变形,Al-Cu合金的硬度明显增高。随着高压扭转圈数增加,材料硬度的饱和区增加。而随着Cu含量升高,材料的硬度整体逐渐上升。(2)高压扭转后的Al-Cu合金晶粒明显细化,其晶粒尺寸在100-300 nm之间,并产生大量位错及小角度晶界。随着扭转圈数增加和Cu含量增加,晶粒尺寸逐渐减小。(3)随着高压扭转圈数的增大,晶内的Cu原子向晶界处扩散,导致晶内的Cu含量下降。不同Cu含量的Al-Cu合金在高压扭转5圈后其基体成分均趋于稳定,在10圈后基体Cu含量均在0.2 at.%左右。在应变较大或Cu含量较高的样品中,晶界处出现了明显的析出相。通过对不同Cu含量Al-Cu合金在高压扭转变形后的微观组织、元素分布的精确表征,明确了Cu元素在Al合金变形过程中的扩散机理和偏析行为,及其对组织演变、力学性能的影响规律,对通过剧烈塑性变形制备高性能超细晶材料具有重要的指导意义。