铜基材料在导电、导热性能方面十分突出,应用前景深远。然而,随着铜基材料的应用领域的拓宽,其使用的工况环境也愈加苛刻。当环境温度较高时,铜难免会发生氧化现象,氧化一旦出现,直接影响着整体器件的可靠性,甚至导致产品的失效。为改善Cu合金这一弊病,人们通过合金化这一方法进行了大量研究,主要目的是通过成分设计,使合金表面形成具有保护性的氧化膜。并且探索出了一批抗氧化合金元素如Al、Cr、Si等。但是在实际应用中很难确定达到最佳抗氧化效果的合金元素添加量,因此,需要探索一个抗氧化Cu合金成分设计的理论。本文根据董闯等人建立的“团簇加连接原子”模型,以(Cu-Cu12)-Cu1.3or5结构为基础,设计了一系列的Cu合金成分。主要分为两类,一类是用[M1Ni12]团簇来替换(Cu-Cu12)-Cu5中的连接原子,形成(Cu-Cu12)-[M1/13Ni12/]5结构；此时M为Si、Cr、Fe。另一类是直接以第三组元Al或Si替换连接原子或基础团簇中的中心原子。分别探索了合金元素在铜基体中的固溶析出状况和合金体系的氧化行为与机制,得到以下结论：(1)根据团簇模型所设计的第一类Cu-Cu12-[Ni12/12+xMx/12+x]5系列合金,可以通过改变Ni和M的比例有效控制介金元素的析出与固溶。M为Si元索时,合金基体在少量固溶的基础上析出了Ni2Si相,对于合金的抗氧化性能有着明显的提高作用。M为Cr元素时,恒温条件下,只有在合适的Ni/Cr比例下,才能生成连续的具有保护性作用的Cr氧化层,对O和金属的相对扩散有明显的阻挡作用,降低氧化速率。变温条件下,Ni-Cr的加入可以明显抑制Cu在800℃以下的中温氧化。由于生成氧化皮中存在应力会导致氧化膜剥落,故两种工艺均要合理选择团簇内Ni/Cr比例。当Cr、Fe元素等比例共同替换M时,在恒温和是变温条件下,合金的抗高温氧化效果均不理想。主要是由于第四组元Ee和第三组元Cr相比较,不能够起到优先氧化,生成保护性氧化皮的作用,进一步体现了第三组元的重要性。(2)第二类Cu-Al-Si系列合金呈现出完全固溶状态,均与成分设计思想吻合。Al元素可以在表面形成Al2O3型保护性氧化膜,对于O与金属离子的扩散可以起扩散阻挡的作用。在含Si合金的分析中,推测Si可能是以降低基体活性的方式(通过Cu与Si的负混合焓)来起到抗氧化作用。