锌合金具有高室温强度、高耐磨、高阻尼、无磁性、无火花及工艺性能优良等诸多优点，既可用于结构件的生产，又具有取代传统的青铜和铁合金用于耐磨零件制造的潜能。近年来，尤其是最近十年，相关研究表明:将增强体颗粒引入锌合金制备复合材料可以进一步提高锌合金的性能。加之我国是一个锌产业大国，锌产量世界第一，锌储量世界第二。因此，制备锌基复合材料以提高锌合金的强度和耐磨性对扩大锌合金应用领域和提高锌资源的使用效率具有重要的意义。　　原位合成技术是近年来快速发展的复合材料制备新工艺，由于增强体是在基体内部通过化学或物理反应原位生成，解决了外加颗粒法中颗粒表面氧化、污染物吸附及界面化学相容性差等诸多问题。同步辐射成像技术是X射线成像技术的最新发展，得益于第三代同步辐射光源的建立，同步辐射成像已能实现金属材料微观结构和凝固动态过程的可视化。为了改善锌基复合材料的力学及耐磨性能，并扩大同步辐射在金属基复合材料(MMC)中的应用，本文将原位合成技术和同步辐射成像技术相结合制备高性能锌基复合材料，主要研究内容包括:借助同步辐射CT(SR-CT)成像技术研究TiB2颗粒团簇;在CT成像的基础上改进混合氟盐反应法工艺，制备优质的Al-TiB2合金;以Al-TiB2合金为中间合金制备高性能ZA27/TiB2原位复合材料;采用同步辐射实时成像技术研究TiB2颗粒对锌合金凝固动力学的影响;研究元素Sr对Si增强锌基自生复合材料的变质作用;完成变质过程的同步辐射实时成像;对复合材料力学及耐磨性能进行表征。　　本文在锌基复合材料的制备、微观结构表征、凝固动力学及增强体改性等方面进行了研究思路和分析方法的创新，取得了以下有价值的研究成果:　　(1) SR-CT是进行复合材料三维结构的可视化和定量分析的有力手段。SR-CT揭示混合盐反应过程中形成三种典型TiB2团簇，即片状团簇、大颗粒团簇和絮状团簇。基于SR-CT及液淬实验分析，解释和验证了不同团簇的形成机制，三种团簇来源于三个平行的反应过程，即游离的Ti原子与AlB2反应，游离的B原子与TiAl3反应，铝熔体与乳化盐的反应。　　(2)研发了一种氟盐/铝熔体界面搅拌工艺制备颗粒均匀分布的Al-TiB2合金，结果表明，工艺参数包括搅拌强度、搅拌时长及搅拌开始的时间均影响颗粒分布。保温时间的前15min及最后15min搅拌对颗粒形貌和分布的影响尤为显著，在这两个阶段施加180rpm的熔体界面搅拌，所制备的Al-4％TiB2合金TiB2颗粒分布均匀，力学性能优良。SR-CT成像揭示，该工艺制备Al-xTiB2(x=1,4,7)合金以细小TiB2颗粒均匀分布于铝基体中为主要特征。　　(3)通过Al-TiB2合金制备出不同TiB2含量的ZA27/TiB2复合材料。复合材料中TiB2颗粒分布均匀，颗粒与基体之间界面结合良好。TiB2颗粒可以明显细化ZA27合金，加入1.1％ TiB2后，平均晶粒尺寸由205.4μm下降到65.8μm。实时成像揭示，TiB2颗粒能够提供高效的形核质点促进α-Al的异质形核，此外，TiB2颗粒还促进枝晶熔断。枝晶生长主要包括两个阶段，首先在连续降温和凝固潜热释放的综合作用下不连续加速生长，之后，相邻枝晶之间的溶质相互作用导致生长速度逐渐减缓。TiB2颗粒抑制枝晶的生长，导致枝晶的最大生长速度和生长加速度均明显减小。　　(4) ZA27/TiB2复合材料的硬度、屈服强度(σ0.2)以及抗拉强度(UTS)较高，且均随颗粒含量的增加而增加。ZA27/3％TiB2复合材料的硬度、σ0.2及UTS分别较基体提高14.4％、17.4％和21.6％。相对基体，复合材料在不同载荷下均表现出较高的耐磨性，尤其是在高载荷下，其耐磨性优势更加明显，TiB2颗粒阻碍了轻微磨损向严重磨损的转变。　　(5) Sr可以对Si增强锌基复合材料中初晶硅和共晶硅进行双重变质，随着Sr含量的逐渐增加初晶硅由多角状、片状和星状逐渐转变为球状。共晶硅存在两种分布状态，一种在初晶硅表面形核和生长(DG-Si)，另一种不依赖初晶硅，独立生长(IG-Si)。Sr提高了复合材料的力学性能，经0.1％的Sr变质后，复合材料的抗拉强度和伸长率分别较未变质时提高了62.6％和162％。　　(6)同步辐射实时成像显示Sr对初晶硅的形核有抑制作用，然而却促进共晶硅和α-Al的析出。加入0.08％的Sr，初晶硅颗粒的析出温度下降约20℃，α-Al析出温度提高了7℃。冷却速度增加，Sr变质复合材料中初晶硅枝晶化生长趋势逐渐增大。经Sr变质后，共晶硅形态转变为珊瑚状或纤维状且易于在初晶硅表面形核。DG-Si在初晶硅表面形核之后，包含IG-Si的共晶团在α-Al枝晶内和枝晶生长前沿析出。同步辐射μ-XRF、μ-XRD及TEM分析显示Sr主要吸附于Si相中并诱导形成大量孪晶和Al2Si2Sr化合物。　　基于上述研究，成功地将常用于铝基复合材料制备的混合盐法加以改进并运用于高性能锌基复合材料的制备，此外，结合原位合成法和Sr变质工艺制备了球硅增强锌基自生复合材料，这些探索对扩大锌合金及其复合材料的应用具有重大意义。将同步辐射成像技术引入原位复合材料的研究，是对传统研究手段局限性的一次突破，推动了同步辐射在材料领域的应用。