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Cu-Ni合金以其良好的耐海水腐蚀和加工性能广泛地应用于电厂、化工和轮船中的冷凝器材料。在Cu-Ni中添加Fe、Mn等元素可以进一步提高合金的耐蚀和加工等性能,添加的元素含量通常源于大量经验探索,这就使得在开发和设计Cu-Ni多元合金材料时,难以实施最佳有效的成分设计与优化。为此,本论文围绕Cu-Ni合金中添加的改性元素类型及其含量这一关键问题,开展了一系列理论与实验研究,最终建立了Cu-Ni-M多元稳定固溶体合金的原子团簇结构模型-合金成分-微观组织-宏观性能之间的联系,该研究具有理论和实际应用双重意义。基于Fe元素在Cu-Ni合金中的固溶度与温度的关联分析,提出了Cu-Ni-Fe稳定固溶体合金的概念,特指在一定温度下容易获得的具有较大固溶度和较高稳定性的合金。Cu-Ni-Fe合金在高温时,由于热无序破坏了短程有序性结构使得Fe在Cu-Ni合金中的固溶度随温度升高而迅速增加,在低温时,由于Cu-Ni相分离使得Fe1Nil2团簇聚集使得Fe在Cu-Ni合金中的固溶度随温度降低而缓慢减小。基于与Cu具有正混合焓,与Ni具有负混合焓的过渡族金属元素M在Cu-Ni合金中的固溶度与Ni元素的关联分析(M元素包含Fe、Co、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Mn等),建立了Cu-Ni-M稳定固溶体合金的原子团簇结构模型,在该模型中,Cu-Ni-M固溶体合金在局域上形成以M原子为中心,以Ni原子为第一近邻分布CN12的M1Ni12八面体原子团簇,M1Ni12原子团簇无序的分散到Cu基体中形成[M1Ni12]Cux稳定固溶体合金。最后,基于[M1Ni12]Cux稳定固溶体合金的原子团簇结构模型优化设计了添加Fe,Mn和Cr元素改性的Cu-Ni-M多元耐蚀合金成分,并应用XRD、SEM、TEM和电化学腐蚀测试方法得到了[M1Ni12]Cux稳定固溶体合金的微结构、耐腐蚀性能和硬度的变化。实验结果表明,添加Fe,Mn和Cr改性的Cu-(Ni,M)合金在800℃C保温5h后水淬,在M含量为M／Ni≤1／12时对应于单一固溶体相结构；在M含量为M／Ni>1／12时有M-Ni弥散析出相；在M含量为M／Ni=1／12的稳定固溶体合金附近成分具有最佳耐蚀性能；Cu-(Ni,M)固溶体合金的硬度随添加的M元素含量的增加而提高,在M／Ni≤1／12阶段对应于M元素的固溶强化,在M／Ni＞1／12阶段对应于M-Ni析出相弥散强化；基于Cu-Ni-M稳定固溶体合金的原子团簇结构模型设计的[(Fe0.75-xMn0.25Crx)Ni12]Cu30.3合金在3.5%(wt.%)NaCl水溶液中具有优异的耐蚀性能,浸泡240h后的平均腐蚀速率为0.0008μm／h。