本文旨在通过构建碳纳米管/镁层状基元进而制备出具有层状构型的CNTs/Mg复合材料,从而解决复合材料的强韧化倒置的矛盾。通过喷涂沉积-堆叠冷压-热压-往复挤压-热挤压工艺流程制备出了具有不同层状结构参数的CNTs/Mg层状复合材料,并对复合材料的组织、性能、强韧化机制进行了探索。采用超声辅助混酸处理法解决了CNTs的预分散问题,采用喷涂沉积工艺构建了CNTs/Mg层状复合基元,经过冷压、热压、往复挤压工艺实现了CNTs/Mg层状复合材料的制备与层状结构参数调控。借助OM、SEM、EBSD、TEM和室温拉伸等手段研究了纯镁和不同层状结构参数的复合材料的微观组织与力学性能,研究了层间距对复合材料的性能的影响规律。通过理论计算和有限元模拟纯镁和复合材料在三点弯曲变形过程中的应力与应变分布,揭示了复合材料的强韧化机制。首先通过超声辅助混酸处理实现了CNTs的预分散,保证了CNTs能够在溶液中实现均匀分散,然后采用喷涂沉积工艺成功制备了CNTs/Mg复合基元,然后通过冷压实现了界面初步的机械结合,通过热压实现进一步的冶金结合,最终通过往复挤压实现复合材料的成功制备和层状结构参数的调控。将进行热挤压的复合材料进行组织与力学性能的研究。重点研究了往复挤压道次对复合材料的组织与性能的影响和CNTs含量对复合材料的组织与性能的影响。当CNTs含量为0.3wt%时,经过5、10、20道次往复挤压,复合材料的屈服强度分别提高到了195MPa、208MPa、242MPa,同时延伸率保持在5.4%左右。对组织表征发现层间距随着往复挤压道次的增加而减小,当往复挤压道次为20时,层状组织消失。晶粒尺寸也由4.9μm、4.2μm减小到3.1μm。同时,基面织构也随着往复挤压道次的增加而逐渐减小。断口分析表明经过往复挤压实现了良好的界面结合。当往复挤压道次保持5不变时,纯镁和CNTs含量为0.13%、0.27%、0.36%复合材料的屈服强度分别为152MPa、186Mpa、197MPa和214MPa。CNTs含量为0.36%的复合材料相比基体纯镁屈服强度提高了40.7%,同时延伸率略有提高。层状构型是实现复合材料强韧化同步提升的关键所在。通过理论计算发现复合材料的主要强化机制为层状界面强化、细晶强化和热错配强化,另外还存在载荷传递强化以及层间Mg O的强化作用。复合材料中CNTs的拔出、桥连以及裂纹偏转能够抑制裂纹扩展,有利于韧性的提高。通过有限元模拟复合材料在三点弯曲变形过程中的应力应变分布,发现层状的存在缓解了应变的集中,延迟了复合材料的断裂,从而提高了复合材料的韧性。