合金元素间具有正混合焓的非互溶体系合金的出现,拓宽了合金设计时元素的选择范围,突破了元素原子间结合的热力学限制,对于新型合金的开发和物理冶金理论的发展具有重要意义。然而,正混合焓较高的非互溶合金元素间的固溶度扩大有限,其析出相演化行为和机制也尚不明确,这给非互溶合金的理论发展和应用带来了挑战。机械合金化可以使不同原子之间强制混合形成过饱和固溶体,是制备非互溶体系合金的重要手段,也是具有大规模生产潜力的制备方法。本文基于机械合金化制备方法,分别采用了高温球磨,高温退火,两步球磨和化学机械合金化的手段,从非互溶合金析出相演变规律,固溶度变化机理及制备方式优化的角度,对高正混合焓Cu-Mo和Cu-Nb合金进行了对比和研究,丰富和发展了非互溶合金的形成机理,为合金设计提供了新的参考和理论依据。首先,研究了高温及Si元素对Cu-Mo系合金固溶度的影响及高温下合金析出相演化规律。采用高温球磨和高温退火的方式增加元素间扩散,发现高温球磨使Mo的固溶度从0.79%扩大至2.69%（at%）,高温下空位移动阻碍了固溶度进一步扩大。Mo与Si元素在500℃以上可形成MoSi2和Mo5Si3析出相,通过增大Si与Mo的原子比,可促进热稳定性高的MoSi2析出相形成。其次,研究了常温下化学反应对Cu-Nb合金固溶度的影响及其析出相演变规律。利用两步球磨法,引入O元素与Nb在室温反应,得到了 Nb的氧化物析出相结构。研究表明,固溶态Nb的氧化反应可使其固溶度由室温球磨时的0.5%增大到2.81%（at%）,形成小于10nm的析出相;析出相形态的Nb由外壳至中心被氧化,形成具有非晶外壳的“核-壳”结构并可随球磨时间延长而聚集长大至微米级。强塑性应变促发的、位错和化学偏聚辅助下的原子之间的扩散行为是其析出相演化机制。再次,研究了不同合金体系和工艺过程对非互溶合金制备的影响。将两步球磨法应用于Cu-Mo合金中,与Cu-Nb合金进行了对比研究。研究发现,Mo元素较大的剪切模量使更多固溶态的Mo与O结合,有利于提高元素固溶度,但会减缓机械合金化反应过程。减小合金元素Nb和Mo的含量至其固溶度以下,可以促进合金中形成细小均匀的析出相结构。两步球磨法能更好地控制合金反应过程,加快反应速度,在多元非互溶合金的制备中有较大潜力。最后,研究了机械合金化参数对非互溶合金制备过程的影响。结果表明,单一参数球料质量比与粉末产出率没有直接关系,但可以通过引入O元素或调整球料质量比和球磨介质的大小及数量的方法,来减少冷焊现象以使机械合金化反应顺利进行,提高粉末产出率。