碳纳米管(CNTs)因其优异的力学性能而成为镁基复合材料的理想增强体。然而,CNTs在金属基体中的严重团聚以及CNTs/基体界面结合差的难题,致使CNTs/Mg基复合材料的性能提升程度远低于CNTs自身优异的性能,这明显限制了 CNTs/Mg基复合材料的推广应用。因而,如何改善CNTs在镁基复合材料中的分散性和界面结合强度是制备高性能镁基复合材料的关键。Mg2Si纳米颗粒(Mg2Sip)具有较高的强度、弹性模量和良好的耐磨等性能,是金属基复合材料广泛应用的增强相。一维CNTs与零维纳米颗粒多尺度混杂增强体,具有改善材料性能的显著优势。本文通过将CNTs、纳米硅颗粒(Sip)与AZ91D合金粉末混合后压块、半固态部分重熔、触变成形,制备了 CNTs与原位Mg2Sip混杂增强的AZ91D镁基复合材料以及由单一 Mg2Sip或CNTs增强的镁基复合材料。探索了 CNTs的表面改性工艺、酸氧化CNTs(o-CNTs)的微观形貌、微观结构及其在CNTs/Mg、CNTs-Sip/Mg复合粉末中的分散。研究了不同成分配比CNTs-Mg2Sip混杂增强及不同含量Mg2Sip增强的镁基复合材料的触变组织、CNTs及原位Mg2Sip在Mg基体中的分布位置、CNTs/Mg及Mg2Sip/Mg界面反应、界面结构、复合材料的力学性能及断裂行为。同时,定量分析了复合材料的强化机理。主要得到以下研究结论:经过混合强酸酸氧化处理后得到的o-CNTs富有羧基、羟基等含氧官能团,并且CNTs外壁局部区域有少量的凹坑缺陷。酸氧化处理首先从CNTs管壁的自身缺陷处开始破坏,从而在该处产生空位缺陷。o-CNTs在无水乙醇-去离子水的混合溶剂中能实现均匀分散。o-CNTs悬浮液与Sip悬浮液搅拌混合后与镁粉球磨,获得CNTs-Sip在镁粉末表面均匀分布的复合粉末。利用半固态粉末触变成形技术制得CNTs-Sip/AZ91D、CNTs/AZ91D、Mg2Sip/AZ91D复合材料,并对复合材料的组织及力学性能进行分析。原位形成的Mg2Sip和o-CNTs能够均匀地分布在0.3CNTs-1.2Mg2Sip/AZ91D 复合材料的 α-Mg 初生相颗粒之间。0.3CNTs-1.2Mg2Sip/AZ91D 混杂增强复合材料的抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和延伸率分别为271 MPa、213 MPa和6.3%,比AZ91D合金材料的UTS和YS分别高41.1%、54.3%,但是延伸率减少了 1.7%。与1.5Mg2Sip/AZ91D复合材料和1.5%CNTs/AZ91D复合材料相比其UTS提高了 27.8%和37.6%,显示了 Mg2Sip-CNTs混杂增强体改善复合材料性能的优势。CNTs-Mg2Sip/AZ91D复合材料力学性能的提高主要与改善的Mg2Sip-CNTs混杂增强体分散性和协同强化效率高有关。利用半固态粉触变成形技术制备了不同Mg2Sip体积分数的Mg2Sip/AZ91D复合材料,并研究了 Mg2Sip含量对复合材料组织以及力学性能的影响。研究表明:Mg2Sip/AZ91D复合材料的拉伸强度和延伸率随Mg2Sip含量的增加而增加,但Mg2Sip含量超过3%后,力学性能的增加程度明显降低。4.5vol%Mg2Sip/AZ91D复合材料力学性能最佳,UTS为288MPa,YS为205MPa,延伸率为6.9%,相比AZ91D复合材料,UTS和YS分别增加了 50%和48.6%,延伸率减少9.2%。尤其是,0.3CNTs-1.2Mg2Sip/AZ91D复合材料的力学性能仅比4.5Mg2Sip/AZ91D复合材料的UTS、延伸率分别仅减少5.9%和8.7%,但混杂增强复合材料的YS反而增加了 3.9%。因而,单纯以增加增强体体积分数这一手段来提高复合材料力学性能存在限制,而通过调控CNTs-Mg2Sip混杂增强体的含量配比可以更显著发挥多尺度纳米混杂增强体的协同强化效率。