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贝壳珍珠层独特的“砖-泥”结构实现了强度与韧性的同步提升,有望解决镁基复合材料强韧性不匹配问题。本文以50μm镁箔与CNTs为原材料仿照贝壳珍珠层“砖-泥”层状结构进行复合材料构型设计。首先通过电泳沉积工艺将CNTs均匀沉积在镁箔表面构建CNTs纳米层;利用真空热压烧结获得CNTs/Mg层状复合材料;并通过轧制与挤压变形对层状复合材料进行组织结构和性能调控。研究层状复合材料的显微组织与力学性能,并使用数字图像联合技术对原位拉伸过程局域应变分布分析,揭示仿生层状结构对镁基体的强化与韧化机制。首先,通过电泳沉积工艺成功制备出CNTs/Mg层状基元。在CNTs预分散的基础上,通过引入Al（NO3）3电解质,Al3+吸附在CNTs表面,电场力推动CNTs在镁箔表面沉积。优化最佳工艺参数CNTs与电解质的浓度分别为0.05g/L、0.1g/L,电泳沉积电压为30V,通过控制沉积时间（3min、4min、5min）可实现CNTs分布均匀和CNTs含量可控。将层状基元进行层层堆叠,经过真空热压烧结制备出CNTs/Mg层状复合材料。轧制与挤压变形工艺可以改善复合材料层间界面结合,同时对层状结构参数进行调控。在轧制变形中研究发现,单道次40%大变形轧制提供更大变形力有利于层间界面结合,提高复合材料强度与延伸率。通过多道次轧制增加总轧制量,随总轧制变形量增大,复合材料的力学性能逐步提高。增加总轧制变形量40%、60%、80%,沉积4minCNTs的复合材料屈服强度逐步提高122MPa、130MPa、139MPa,同时延伸率也逐步提高3.3%、4.6%、4.8%。研究发现,采用400℃、16:1挤压比的挤压变形处理能有效提高烧结态复合材料层间结合,发挥出仿生层状结构的强韧性匹配优势。其中以沉积4minCNTs的挤压态复合材料综合性能最佳,屈服强度为119MPa、抗拉强度203MPa。同时具有14.2%的延伸率,超过层状结构纯镁对比基体12%的延伸率。理论计算CNTs和层状结构引入对复合材料的主要强化机制为细晶强化与热错配强化,随CNTs含量增加,还存在背应力强化机制。联合分析光学与SEM原位拉伸下的局域应变分析结果,发现CNTs/Mg层状复合材料的韧化机制是通过早期的应变均匀化与后期抑制裂纹扩展两方面进行。层状结构有利于复合材料整体均匀变形,缓解应力集中。在后期层状结构具有裂纹不敏感性,裂纹被封锁在层状结构中难以扩展。两种韧化机制相互结合有效的提高了复合材料的延伸率。