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镁合金因其轻质、减震性好等优点,广泛应用于航空航天、交通运输以及电子通讯等领域。然而,许多构件,如飞机蒙皮、汽车覆盖件等,在要求材料轻质的同时,也要求其具有足够的强度和刚度。单一镁合金板难以满足高强度和高刚度的要求,严重限制了其进一步的应用。本文分别选用不锈钢和碳纤维作为复合增强体,制备两类高强度高刚度镁基层合板:首先选取强度刚度较高的304奥氏体不锈钢（ASS）为外层覆板,选取1060铝合金为过渡层板,通过热轧制备了兼具轻质和高强度高刚度优点的层合板;其次选取碳纤维作为增强相,通过热压制备了冶金结合的碳纤维增强镁基层合板。在此基础上,对所制备层合板的组织结构、力学性能以及变形和断裂机制进行了研究。本文通过采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）观察分析层合板的层界面和各组元板的微观组织结构,采用X射线衍射仪（XRD）分析层合板的物相组成,采用电子背散射衍射（EBSD）分析层合板的织构,采用电子万能拉伸试验机测定层合板的力学性能,通过扫描电镜下的原位拉伸和原位弯曲试验观察层合板的变形和断裂过程,研究了层合板在退火过程中基板、外层覆板、过渡层板及界面的组织演变规律,分析了层合板在静态载荷下的断裂机制,建立了退火过程中反应扩散层生长的理论模型,阐明了层合板力学性能与微观组织之间的关系。利用热轧法制备了单道次下压量为27%、39%以及四道次总下压量为64%的ASS/Al/Mg/Al/ASS层合板,并对下压量为39%的层合板在200℃、300℃和400℃下进行1 h的退火处理。结果表明,200℃退火1 h后能够有效消除层合板的加工硬化。退火后层合板界面结合良好,未出现反应扩散层,表现出最好的综合力学性能:抗拉强度和抗拉刚度分别达到355 MPa和67 GPa。与原始镁板相比,分别提升了45%和46%;弯曲强度和弯曲刚度分别达到766.4 MPa和21.9GPa。与原始镁板相比,分别提升了96%和78%。表面覆盖不锈钢板的镁基层合板,其弯曲强度和刚度的提高比单向拉伸强度和刚度的提高更明显,更适用于对弯曲强度和刚度有较高要求的覆盖件、壳体件的制造。300℃退火1 h后层合板Mg/Al层界面处生成连续分布的Mg17Al12和Al3Mg2反应扩散层。退火态层合板中AZ31组元板均显示（0001）基面织构。随着退火温度的升高,AZ31组元板中变形织构组分减少,再结晶织构组分增多,基面织构强度降低。1060组元板主要以变形织构为主。200℃和300℃退火1 h后的1060组元板织构组分相同,主要由<111>纤维织构、铜型织构和s织构组成。当退火温度达到400℃时,1060组元板织构类型发生变化,铜型织构和s织构转向<100>纤维织构。ASS组元板在轧制过程中变形程度较低,呈现出较弱的轧制织构。退火后的织构组分主要有γ-fiber织构、<110>纤维织构和Brass织构等。200℃退火后出现了少量的Cube织构,300℃退火后出现了少量的Goss织构,最终在400℃退火后转变为Brass织构。400℃退火后,Mg/Al层界面处反应扩散层中的Al3Mg2层厚度为32.5μm,Mg17Al12层厚度为17μm。反应扩散层晶粒均为平行于横截面法线方向的柱状晶,且以大角度晶界为主,其中Al3Mg2层晶粒更加狭长。Al3Mg2层和Mg17Al12层织构散漫,强度较低。随着退火温度的升高,Mg/Al反应扩散层金属间化合物的生长符合抛物线规律,金属间化合物厚度呈指数函数增长。Al3Mg2层的扩散系数要大于Mg17Al12层的扩散系数,即Al在Mg中的扩散速率要快于Mg在Al中的扩散速率。而Al3Mg2的反应扩散层长大激活能低于Mg17Al12的反应扩散层长大激活能,表明退火过程中Al3Mg2层的生长速率高于Mg17Al12层。原位拉伸试验结果表明,没有金属间化合物层的层合板在裂纹萌生前出现明显的整体颈缩现象。对于有金属间化合物层的层合板,断裂最早发生在金属间化合物层,然后发生分层。当金属间化合物层厚度较小时（～9μm）,初始裂纹平行于层界面;当金属间化合物层的厚度较大时（～45μm）,初始裂纹垂直于层界面。原位弯曲试验结果表明,弯曲变形过程中,外层不锈钢覆板比中心镁合金基板承受更大的弯曲应力,能够较好的保护镁板。裂纹在镁合金层内部扩展较为缓慢的两个主要原因是:首先,裂纹最先在Mg/Al界面处产生,但强结合Mg/Al界面能促进载荷在层板间的有效传递。不锈钢层和镁合金层同时发生塑性变形,界面处的应力集中可以通过镁合金层和不锈钢层的协调变形而得到释放。因此裂纹钝化,在后续加载过程中停止扩展。其次,退火后镁合金层的塑性变形能力提高。镁合金层通过局部塑性流动,形成塑性区,消耗能量,提高了裂纹扩展所需的能量门槛,阻碍了裂纹的扩展。这些均有益于层合板强度的提高。此外,本文分别以AZ91粉末和锌铝合金作为中间熔合剂,热压制备了碳纤维增强镁合金层合板。结果表明,AZ91粉末在585℃下能够充分浸润碳纤维,但较高的成形温度导致碳纤维与基体中的铝元素发生了界面反应,不利于提高层合板整体力学性能。而锌铝合金可以在较低温度下充分浸润碳纤维,降低了高温下金属/碳纤维界面反应生成大量脆性碳化物的倾向。同时,锌铝合金能够与镁合金组元板实现良好的冶金结合。与原始镁板相比,层合板的抗拉强度和弹性模量分别提升了103%和41%。微观组织分析表明,Mg/Zn-Al层界面处存在厚度为6.8μm的连续分布的Mg Zn2析出相。Cf/Zn-Al界面处产生了一层厚度为62.95 nm的Al2O3反应层。该反应层阻止了热压过程中脆性碳化物的产生,起到了保护碳纤维的作用。碳纤维的断裂特征为纤维束的整体拉出,表明碳纤维与Zn-Al合金之间存在适度的界面结合。