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采用机械搅拌与超声复合分散法制备了碳纳米管增强CNTs/AZ91D镁基纳米复合材料.利用金相显微镜、SEM扫描电镜、拉伸试验等方法观察和测试了复合材料的微观组织与力学性能，并利用扫描电子显徽镜和能谱分析对复合材料断口形貌和成分观察和分析.研究结果表明，半固态机械搅拌与高能超声处理能使碳纳米管较好地加入且均匀分散到AZ91D镁合金基体中.CNTs加入量在0～1.0％范围内，随着CNTs加入量的增加，复合材料的强度和塑性同时得到了提高.试验所制备的1.0 ％CNTs/AZ91D镁基复合材料铸态下的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到200 MPa、114 MPa、5.4％，与基体合金相比，分别提高了51.5％、42.5％、170％，具有优良的综合力学性能.碳纳米管主要起到细化晶拉和承载变形载荷的作用.