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本文探索了碳纳米管增强镁基复合材料的超声辅助搅拌铸造法(预分散、半固态搅拌和超声波)制备工艺,并对优化工艺下制备的CNTs/Mg-6Zn复合材料进行热挤压变形。系统地研究了制备工艺参数对CNTs/Mg-6Zn复合材料组织的影响规律。优化了CNTs/Mg-6Zn复合材料的热挤压工艺,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱研究了复合材料显微组织,并对挤压态复合材料的织构演变和力学性能开展了系统研究。揭示了CNTs/Mg-6Zn复合材料的强韧化机制,同时对复合材料的界面和断口进行了系统分析。原始碳纳米管团聚非常严重,而半固态搅拌和超声波无法将团聚严重的碳纳米管分散开,所以预分散是成功制备CNTs/Mg-6Zn复合材料的必要前提。通过探索获得最优化的碳纳米管预分散工艺:采用镁屑作为分散碳纳米管的载体,化学分散剂占碳纳米管质量的15%,超声处理时间为3h。通过探索在不同搅拌工艺和不同超声波处理时间下制备CNTs/Mg-6Zn复合材料,得到超声辅助搅拌铸造法制备1.0vol.%CNTs/Mg-6Zn复合材料的优化工艺为半固态搅拌10min,超声处理20min。随着碳纳米管体积分数的增大,CNTs/Mg-6Zn复合材料的晶粒不断变小。1.0vol.%CNTs/Mg-6Zn复合材料抗拉强度最大。热挤压能够消除铸态CNTs/Mg-6Zn复合材料的碳纳米管偏聚,改善碳纳米管分布,挤压温度越高,挤压比越大,碳纳米管分布改善的效果就越明显。碳纳米管的加入使基体的晶粒尺寸得到显著细化,并沿挤压方向形成由小的DRX晶粒构成的变形带,变形带附近的晶粒尺寸较小,远离变形带区域的晶粒尺寸较大。这是因为碳纳米管可以在晶界上起到钉扎作用,阻碍晶粒长大。碳纳米管体积分数越大,DRX尺寸越小;挤压温度越高,DRX晶粒尺寸越大;挤压比越高,DRX晶粒尺寸越大。经热挤压后,CNTs/Mg-6Zn复合材料的织构与合金相同,即(0001)基面平行于挤压方向。挤压温度越高,复合材料基面织构强度越低;挤压比越小,复合材料基面织构强度越低;碳纳米管体积分数越大,复合材料基面织构强度越低。原始碳纳米管、预分散碳纳米管、铸态和挤压态CNTs/Mg-6Zn复合材料中碳纳米管的ID/IG值分别是0.90、0.91、0.97和1.02,变化不大,说明预分散过程、半固态搅拌、高能超声和热挤压都没有破坏碳纳米管结构的完整性。铸态和挤压态CNTs/Mg-6Zn复合材料的界面研究发现碳纳米管与基体之间界面结合良好,大部分界面比较干净,没有反应产物存在,只有少数碳纳米管附近存在纳米Mg O。经过350R20工艺挤压之后,1.0vol.%CNTs/Mg-6Zn复合材料抗拉强度和屈服强度最高,0.5vol.%CNTs/Mg-6Zn复合材料的延伸率最大,1.5vol.%CNTs/Mg-6Zn复合材料的弹性模量最大。碳纳米管在CNTs/Mg-6Zn复合材料中的强化机制主要有载荷传递机制、细晶强化机制和Orowan机制等三种强化机制。碳纳米管作为一维纳米增强体具有独特的尺寸形态特征,其增强机制也不同于传统的增强体。碳纳米管“拔出机制”和“桥联机制”是CNTs/Mg-6Zn复合材料中主要的增韧机制。利用Halpin-Tsai半经验公式模型预测CNTs/Mg-6Zn复合材料的弹性模量时,理论值与实验值能很好地吻合。抗拉强度可以由著名的Kelly–Tyson公式计算,对计算值与实验值进行对比,发现该公式能较好的预测复合材料的抗拉强度。通过比较不同方法制备的碳纳米管增强镁基复合材料的增强效率,发现超声辅助搅拌铸造法所制备复合材料的增强效率最高,可以证明本方法具有广阔的应用前景。