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频繁的空间探索活动导致近地轨道空间碎片急速增长,严重威胁我国航天器在轨安全运行,对轻质防护材料提出了更高要求。基于冲击波传递特性,密度梯度结构对碎片撞击具有高效的动能耗散特性,由钛、铝、镁三种金属制备的Ti/Al/Mg层状复合材料因具有低密度、高比强、密度梯度结构等特点,在空间碎片防护领域具有巨大应用潜力。粉末冶金技术制备梯度材料具有晶粒细小、组织均匀、界面友好、结构易于调控等优点,成为当今研究的热点。而粉末冶金技术制备Ti/Al/Mg密度梯度材料鲜有报道,其过程机制尚不清楚。本文以TC4钛合金粉、2024铝合金粉及AZ31镁合金粉为原料采用两步共烧结法制备粉末冶金Ti/Al/Mg密度梯度材料,揭示铝、钛等预合金粉末烧结致密化机理,阐明共烧结过程中Al/Mg、Ti/Al异质界面组织演变规律,并结合超高速撞击实验验证了粉末冶金Ti/Al/Mg密度梯度材料的空间碎片防护性能,揭示其损伤机理。获得主要创新结论如下:（1）揭示了Al、Ti预合金粉末致密化烧结机理,构建了预合金粉末超固相线压力烧结微观组织演变模型。烧结升温过程中,Cu、Mg等合金元素优先向颗粒边界偏析,当温度超过固相线后形成共晶液相;液相与压力推动了Al粉表面氧化层的破碎,显著促进了Al-Cu相在原始颗粒边界的形核、析出,在颗粒间形成Al/Al-Cu相/Al冶金结合;烧结过程中Ti预合金粉末在α相→β相转变温度前后分别形成等轴状组织和由板条晶+少量等轴晶组成的板条组织,Ti粉原始颗粒边界逐渐向晶界转变,边界上的氧向Ti晶粒内迁移。（2）揭示了粉末冶金Ti/Al/Mg密度梯度材料共烧结过程Ti/Al、Al/Mg界面组织演变规律。粉末冶金2024铝合金/AZ31镁合金界面经历了从岛状组织演变成2024铝合金/(CuxAl1-x)49Mg32/Mg2Al3/Mg17Al12/AZ31镁合金的层状界面组织,(CuxAl1-x)49Mg32相与Al基体存在良好位向关系:[112]Al//[113](CuxAl1-x)49Mg32,（602）(CuxAl1-x)49Mg32//（1 11）Al和（121）(CuxAl1-x)49Mg32//（131）Al,Al基体中的氧化物和含Mn、Fe的二次相聚集在(CuxAl1-x)49Mg32相层;粉末冶金TC4钛合金/2024铝合金的界面主要由Al侧的Al18Ti2Mg3微米晶组织、中间的Ti Al3亚微米晶组织和Ti侧的纳米晶过渡区组成。（3）制备出符合设计要求的系列化粉末冶金Ti/Al/Mg密度梯度材料,各层基体均匀致密,界面结合良好。Al/Mg界面剪切强度为22.61 MPa,受载时在(CuxAl1-x)49Mg32层发生穿晶脆断;Ti/Al界面剪切强度为148.94 MPa,受载时在Al基体与界面反应层之间发生准解离断裂;该材料在3～5 km/s超高速撞击速度段的空间碎片防护性能显著优于同等面密度的2A12铝合金。（4）揭示了粉末冶金Ti/Al/Mg密度梯度材料超高速撞击损伤机理。超高速撞击后,Ti/Al/Mg密度梯度结构界面发生部分开裂,Ti、Al基体发生破碎、撕裂、反向卷边,Mg基体出现圆形穿孔及周边环形损伤带;Ti、Al、Mg基体穿孔边缘发生旋转动态再结晶,形成纳米细晶组织,其中Ti、Al晶粒内还出现位错、纳米孪晶等变形组织。