微观缺陷是金属材料机械、物理性能的重要调控媒介。通过剧烈塑性变形引入高密度的微观缺陷(如界面、位错、空位等),金属结构材料的机械强度能够得到极大提高。依据上述策略,超细晶/纳米晶金属材料拥有数倍于传统材料的高强度、高硬度。但与此同时,大量研究工作表明,高密度的微观缺陷也引入了极高的存储能,使得纳米晶/超细晶金属材料热稳定性变差,在服役过程中强度极易恶化,从而限制了实际工业应用。因此,如何设计并制备兼具高强度和高热稳定性的超细晶/纳米晶金属材料具有重大的科学与工程意义。作为一种国防、电力和交通工业中应用广泛的金属材料,Cu及Cu合金具有十分广阔的研究及应用前景。本文基于微观缺陷调控和Zr元素微合金化,结合多道次剧烈塑性变形、低温轧制与时效工艺,制备得到了一种兼具高强度、高热稳定和高导电性的CuZr合金。并使用EBSD和TEM表征合金在制备过程中微观组织的演化,通过等时和等温时效工艺探究Zr及其偏析行为对上述Cu-Zr合金组织热稳定性的影响及机械物理性能的变化规律。其中研究的主要结论如下:(1)通过ECAP和ECAP+Cryo-Rolling工艺在0.07wt.%Zr的块体Cu合金中获得平均尺寸310 nm的超细晶晶粒和平均片层厚度82.5 nm的层状组织。对比实验证明微合金化Zr及其偏析行为能一定程度上协调几何变形模式,达到细化片层间距的效果。同时晶粒实际尺寸和理论片层厚度的差异说明低温轧制变形过程无法完美匹配几何细化模型,合金内部还存在剪切带、形变孪生和晶粒粗化等共同协调塑性变形的机制,最终在多重机制作用下达到稳态晶粒尺寸。(2)时效处理过程中超细晶Cu-Zr合金表现出了远高于纯铜材料的热稳定性。相关实验结果及报道说明,Zr原子在时效处理中产生晶界偏析,热力学原理上通过降低晶界能减弱了晶体生长的驱动力,动力学原理上利用Zr晶界偏析钉扎效应抑制大角度晶界的长程迁移,达到提升合金热稳定性的目的。同时,Zr的晶界强化作用使得超细晶CuZr合金的软化温度由纯铜的150℃提升至450℃,以往块体纯铜ECAP和轧制中由于变形不均匀导致的不连续静态再结晶转变为连续静态再结晶行为。(3)时效工艺能显著提升超细晶/纳米层状Cu-Zr合金的机械物理性能。通过理论计算和实验分析说明其中的高强度是形变孪晶、高密度位错、晶界偏析和细晶强化等多重机制的耦合,高电导率则是晶粒内部的低晶格畸变和低晶界分数的贡献。EACA试样在1小时300℃的时效中获得了高强度(760 MPa)和高电导率(86%IACS)的合金性能良好搭配。