在合金理论发展的历史进程中,Au-Cu合金系始终是首选的经典的研究对象,晶体学家将其作为合金相晶体结构的研究范例,理论物理学家将它作为合金相电子结构和有序——无序转变的研究范例,热化学家将它作为合金系相图评估和相图理论计算的研究范例。本文应用系统合金科学,选择经典的Au-Cu合金系作为研究对象,在系统研究纯金属Cu、Au基础上,从合金相的原子结构层次和原子的电子结构层次两个层次研究了Au-Cu合金系,确定了合金、组元的能量性质、体积性质、电子结构。研究获得了若干创新性成果,丰富了系统合金科学的内容,为研究合金相有序——无序转变、相图计算和材料设计提供了基础资料。应用系统合金科学中的纯金属理论,研究了纯金属Cu和Au的电子结构、热膨胀系数、单键半径、晶格常数、比热、内能、焓、熵、Gibbs自由能、结合能等性质,计算结果与实验值符合良好。由“部分获得整体”,是系统合金科学中最具特色的方法、最有实用价值的技术,正确选择能量和体积相互作用方程是系统合金科学的首要任务。本文分别以Au-Cu合金系少量无序合金生成热、生成体积实验值为基础和少量化合物的生成热、生成体积实验值为基础的两条研究路线,分别得到合金系中载有特征原子能量性质、体积性质、状态性质的特征原子序列,随后应用纯金属理论,确定特征晶体的价电子结构、结合能、单键半径、晶格常数等信息,这些信息是合金设计和合金相性质计算、有序——无序转变研究以及相图计算的前提。在此基础上,采用双向应证的方法,获得了有价值的成果：确定了能量相互作用方程为第5方程,体积相互作用方程为第6方程；发现了以往实验测量用的无序合金不是完全无序合金,而是具有较大的短程有序度；解释了Au-Cu合金无序化时体积膨胀的原因在于特征原子的体积变化,本质在于随着近邻Au原子数的增加,AiCu的价电子结构中共价电子增加较少,自由电子增加显著,导致单键半径增加,νiCu增加；证明了偏摩尔性质不能真实描述组元的平均性质。应用特征晶体性质相加定律,分别以无序合金和化合物确定的两组特征晶体序列的性质为基础,研究了Au-Cu合金系的无序合金、有序合金和化合物的能量性质、体积性质和电子结构。两条研究路线的研究结论相同：从纯金属生成无序合金、有序合金和化合物都放出热量,从无序→有序转变是放热反应；从纯金属生成无序合金、有序合金和化合物体积都膨胀,相对于Zen定律和Vegard定律是正偏差,从无序→有序转变体积缩小；随着有序度的增加,有序合金的生成热越小,结合能增加,有序合金平均原子体积、晶格常数减小。这也证明了系统合金科学可以从“不同部分获得整体信息”。本文创建了合金相结构新的描述方法——晶体特征原子排列结构,它既反映了合金相特征原子的空间排布,又赋有能量、体积和状态信息。本文根据Johannsson-Linde提出的AuCuⅡ的长周期反相畴“界面”结构模型和Guymont等提出的长周期反相畴“界区”统计结构模型,绘出了对应的晶体特征原子排列结构,分别计算了AuCuⅠ、AuCuⅡ和反相界区(面)的生成热、生成体积、有序度以及AuCuⅠ→AuCuⅡ的转变焓和转变体积。研究结果表明,J-L模型对应的AuCuⅠ→AuCuⅡ转变为放热反应和体积收缩的反应,这与实验表明该反应为吸热反应和体积膨胀反应相矛盾,J-L模型不能真实反映AuCuⅡ的结构。G-F-L模型对应的AuCuⅠ→uCuⅡ转变为吸热反应和体积膨胀的反应,这与实验表明一致。因此,G-F-L模型真实反映AuCuⅡ的结构。