节能环保和可持续发展的迫切需求推动着轻质结构材料和功能材料的发展。镁合金是最轻的金属结构材料,同时镁合金还具有高比强度,优良的铸造性能,良好的电磁屏蔽性能和优秀的阻尼性能等优点,在汽车交通、航空航天、国防军事、生物医用、运动器材和电子3C等领域具有广阔的应用前景。然而,镁合金的强度较低,塑性较差,高温性能不稳定,这些缺点限制了镁合金的实际应用。目前,超高压工艺能够合成一些其它传统工艺无法合成的新型材料,是调节材料微观组织,开发材料独特性能的最有效手段之一。本文选取了五种代表性的镁合金,应用范围最广的商业镁合金Mg-Al合金,最轻的镁合金Mg-Li合金,潜在的耐热镁合金Mg-Sn合金,常用的稀土镁合金Mg-Y合金,具有长周期有序堆垛相的Mg-Y-Zn合金,研究了超高压处理对这五种合金组织结构和力学性能的影响。本文通过对Mg-Al合金进行超高压固溶处理,极大地提高了 A1元素在Mg基体中的固溶度(24.9 wt.%),产生了独特的固溶强化效应。结合人工时效处理,使超高压固溶合金析出了粒径为10～30 nm的均匀分布的片状Mg17Al12沉淀相,促使合金的显微硬度,屈服强度和极限抗压强度同时提高而不降低塑性。此外,通过消除Mg17Al12沉淀相(101)面的择优生长和相界面中密集堆垛层错对沉淀相的钉扎作用,增强了峰值硬度的超高压固溶合金的热稳定性。本文通过对双相的Mg-8Li(质量分数,下同)合金进行超高压处理,得到一种层状的{l0(?)1}-{lO(?)1}双重压缩孪晶组织,此外,在孪晶界处存在和基体完全共格的六方结构析出相。该超高压处理合金在室温下的比屈服强度约为160 kN·m·kg-1,塑性约为23.6%。传统的镁合金强化方法主要是制造内部缺陷,通过析出相和晶界来阻碍位错的运动,这种强化方法会牺牲合金的塑性。而本研究中得到的这种层状的纳米尺度的双重压缩孪晶结构具有稳定的界面,形成交错的网格结构,有效地阻碍位错的运动。同时,有序聚集的析出相能够提供额外的钉扎作用,阻碍孪晶界的运动,防止孪晶的去孪晶化,减少合金的软化。这些特殊的组织结构使双重压缩孪晶能够有效地提高合金的强度而不降低合金的塑性。本文通过对Mg-9Sn合金进行超高压时效处理,析出了一种六方结构的Mg2Sn析出相。研究结果表明该六方结构析出相是直径约为25 nm的椭球状粒子。不同于传统T6处理得到的粗大的片状或棒状的面心立方结构的Mg2Sn析出相的强化效果,新的纳米尺寸的六方结构析出相能同时显著提高合金的强度和塑性。合金强度和塑性均提高的原因分别是六方Mg2Sn相的析出强化及六方相与镁基体之间较低的晶格错配度(0.025)。同时本文还研究了 Mg-9Sn合金在超高压下的凝固行为,发现经过超高压凝固后,合金的组织结构会明显的细化。这是由于在超高压凝固过程中,合金的熔点会升高,临界形核半径会减小,形核率和形核点会增加,晶核的生长会受到抑制,因此显微组织得到了明显的细化。本文研究了具有优良高温性能的超高压渗硼Mg-7Y合金的组织结构演变和力学性能。同时探讨了超高压渗硼合金的渗硼过程和强化机理。通过高压渗硼工艺能析出直径约为9 nm的椭球状的YB12强化相。在硼化过程中,B原子优先生成B12团簇,然后Y元素占据B12团簇的晶格空位直接生成YB12相。具有高熔点的YB12纳米颗粒不仅提高了合金的力学性能,而且具有优良的热力学稳定性。同时,由于Y元素在Mg基体中的溶解度降低,使合金的时效硬化效应减弱。本文研究了超高压处理(6GPa,500～1200℃)对Mg97Zn1Y2(原子比)合金组织结构和力学性能的影响。研究结果表明,铸态合金由α-Mg基体和晶界处的18R-LPSO相组成。经过高压处理,随着处理温度的增加,LPSO相逐渐被(Mg,Zn)3Y相取代。6 GPa,1100 ℃合金具有最高的硬度和强度。高压处理后合金力学性能的提升主要归因于低温时LPSO相的强化作用和高温时(Mg,Zn)3Y相的析出强化作用。综上所述,超高压工艺是一种调节镁合金组织结构,提高镁合金力学性能的有效手段。通过引入压力和温度,改善合金的微观组织,控制相的组成,形貌和分布,从而得到高强度高塑性的镁合金材料。