具有比强度高、比刚度高、抗蠕变等性能的镁基复合材料,在汽车、通讯、航空航天等领域已得到广泛应用,其中原位自生的高体积分数Mg₂Si增强的镁基复合材料已成为研究热点。本论文首先综述了自生和外加增强镁基复合材料的研究进展,用OM、SEM、EDS、TEM、XRD、图像分析软件和电子高温蠕变持久试验机等多种现代分析测试手段,并结合理论分析计算,研究了单元和复合合金化对初生和共晶Mg₂Si变质的机理,高能超声细化分散Mg₂Si的作用机理,较系统地研究了原位自生高硅Mg-Zn-Si基复合材料的合金化与高能超声搅拌的复合制备工艺、凝固特征、热处理、室温与高温力学性能、高温蠕变机制等。单元合金化对复合材料的组织结构影响的研究结果表明,Ba或Ca单元合金化均可将复合材料中初生粗大树枝状Mg₂Si（﹥100μm）及汉字状共晶Mg₂Si细化变质为多面体颗粒（﹤20μm）。随Ba或Ca含量增加,初生Mg₂Si的尺寸及共晶Mg₂Si的数量、尺寸均先减小后增大。Ba和Ca主要富集在Mg₂Si生长前沿起毒化作用,且Ba还形成了能作为Mg₂Si异质核心的细小BaMg₂Si₂。但二者含量过高会形成粗大CaMgSi相或针状Ba₂Mg₃Si₄相,导致过变质现象。复合合金化变质的研究结果表明,Ca+Sb、Ba+Sb合金化对Mg₂Si相细化变质的效果优于单元合金化。随合金元素含量上升,Mg₂Si晶粒尺寸下降。最佳二元合金化成分分别为0.4%Ca+1.0%Sb、1.0%Ba+1.0%Sb,此时Mg₂Si变质为约15μm的颗粒。复合变质细化机理是分别形成了可作为Mg₂Si异质核心的CaMg2Sb₂及Ba2Sb。Ca+Ba+Sb+Sn复合合金化可获得更佳的细化变质效果,这是由于优先形成的Ba₂Sb可作为Mg₂Si的异质核心,同时Ba、Ca起到毒化作用。高能超声可将复合材料中的树枝状Mg₂Si转变为多面体颗粒并使之细化分散。随着超声时间增长及超声功率的增强,初生Mg₂Si晶粒逐渐细化并圆角化;随超声温度上升,初生Mg₂Si晶粒先变小后增大。高能超声增强了毛细现象与声流冲击而起到分散作用;超声振动改变了Mg₂Si生长的凝固条件并加剧金属液对其冲刷,而使之变为颗粒状并抑制其长大速率。复合材料的T6、T4热处理研究结果表明,固溶过程中共晶Mg₂Si发生溶断并球化;时效析出相包括MgZn’、MgZn₂及Mg₂Sn。优化的T6工艺为:400℃固溶处理20 h后淬火再在200℃时效10 h。高低温拉伸性能测试结果表明,合金化或超声振动均可明显提高复合材料的抗拉强度和延伸率。单元和二元合金化复合材料的拉伸性能随合金含量增加先上升后下降。随Mg₂Si转变为细小颗粒状,复合材料的常温拉伸断裂方式由准解理断裂转变为韧性断裂特征明显的混合断裂。高能超声处理复合材料的抗拉强度及延伸率随超声时间和功率上升而增大;随超声温度上升先上升后下降。根据材料的组织及拉伸性能,合金化元素含量优化为0.4%Ca、1.0%Ba、0.75%Sb、3.0%Sn;超声工艺参数优化为:超声时间60 s、超声温度680℃、超声功率0.6 kW。四元合金化与高能超声优化工艺相结合复合制备的材料其微观组织和拉伸性能得到进一步改善,其中的Mg₂Si呈分布均匀的细小颗粒（尺寸约10μm）,且T6热处理态试样在常温及150℃下的抗拉强度为211 MPa、185 MPa,延伸率为7.3 %、12 %,分别为铸态ZS64合金的220%、208%、235%和176%。高温蠕变性能研究结果表明,优化的成分及超声工艺制备所得的复合材料抗蠕变性能良好;其T4态试样在200℃、50 MPa的稳态蠕变速率为9.68×10-9 s^-1,其高温蠕变为韧性断裂。蠕变中动态时效析出过程为:细长棒状β1’（MgZn’）转变为粗化的MgZn₂,细小Mg2Sn颗粒也长大为球团状。复合材料在150²25℃、拉伸应力为30⁹0 MPa范围内的应变硬化指数n和蠕变激活能Q的范围分别为3.9⁵和88⁹3 kJ/mol。蠕变机制主要为位错攀移控制机制。